De aarde is relatief droog dankzij een nabije supernova


11 februari 2019, National Centre of Competence in Research Planets (NCCR)
Bron: allesoversterrenkunde.nl

Het leven op aarde bestaat dankzij de aanwezigheid van water. Maar de hoeveelheid water op aarde is eigenlijk verrassend klein - veel kleiner dan je zou verwachten op basis van de hoeveelheid water die wordt aangetroffen in de meeste stervormingsgebieden. Dat is overigens maar goed ook: als onze planeet veel méér water zou bevatten, was er geen landoppervlak geweest, en zouden allerlei geochemische processen niet kunnen plaatsvinden. Een van die geochemische processen op aarde is de koolstofcyclus, waaraan we ons stabiele klimaat te danken hebben.

Zwitserse onderzoekers hebben nu computersimulaties uitgevoerd waaruit blijkt dat de aarde (en de andere planeten in de binnendelen van het zonnestelsel) relatief droog zijn dankzij een nabije supernova-explosie in de ontstaansperiode van het zonnestelsel. Bij die explosie werden grote hoeveelheden radioactieve elementen geproduceerd, waaronder aluminium-26. Die gingen deel uitmaken van de planetesimalen - de kleine hemellichamen waaruit later de planeten zouden samenklonteren. Als gevolg van de hitte die geproduceerd werd door het radioactief verval van deze elementen verloren de planetesimalen een groot deel van hun oorspronkelijke watervoorraad. Met als uiteindelijk gevolg dat ook de aardse planeten relatief droog bleven.

Zo beschouwd hebben we het leven op aarde dus mogelijk te danken aan het feit dat onze zon in een compacte sterrenhoop ontstond, waarin ook aanzienlijk zwaardere sterren voorkwamen. Die leefden maar kort, om vervolgens te exploderen als supernova. De nieuwe resultaten zijn gepubliceerd in Nature Astronomy. (GS)


Een exploderende ster tijdens het ontstaan van ons planetenstelsel zou een noodzakelijke bijdrage hebben geleverd aan de leefbaarheid van de aarde.
Scientias, 12-02-2019, Caroline Kraaijvanger

Water is één van de belangrijkste bestanddelen voor het voorkomen van leven op een planeet. Maar een planeet moet er ook weer niet te veel van bezitten, want dan kan deze onleefbaar worden.
Planetaire stelsels die het levenslicht zien in tamelijk rustige stervormingsgebieden houden meer water vast en herbergen dus meer waterwerelden. Maar planetaire stelsels die in dicht opeengepakte sterrenhopen met veel zware en dus explosieve sterren ontstaan, worden daardoor vaker beïnvloed door supernova's, waardoor ze relatief droog zijn.

Wanneer een rotsachtig hemellichaam aanzienlijk meer water herbergt dan onze planeet, kan het zomaar zijn dat je een planeet krijgt die bedekt is met een wereldwijde, diepe oceaan. Dat betekent niet alleen dat er geen landoppervlak is, maar nog veel erger is dat de bodem van die oceaan dan bedekt kan zijn met een dikke, ondoordringbare ijslaag, waardoor bepaalde geochemische processen - zoals de koolstofcyclus die de aarde aan een stabiel klimaat helpt - onmogelijk op gang kunnen komen. *)
Onze aarde herbergt gelukkig juist genoeg water om leefbaar te zijn. "Dus het lijkt erop dat we veel geluk hebben gehad," aldus onderzoeker Tim Lichtenberg. Of spelen andere systematische effecten een rol? In hun paper - verschenen in het blad Nature Astronomy Letters - stellen ze dat de bouwblokken (planetesimalen) waaruit de aarde werd opgebouwd, reeds een groot deel van hun waterinhoud waren kwijtgeraakt door toedoen van een supernova in de buurt.

Computermodellen
De onderzoekers baseren zich op computermodellen waarmee de vorming van planeten gesimuleerd kan worden. Het begint allemaal met stof en gas dat samenklontert en zogenoemde planetesimalen vormt: uit ijs en gesteente opgebouwde objecten van hooguit enkele tientallen kilometers groot die door samenklontering planeten vormen. "Aangenomen wordt dat de aarde het grootste deel van haar water verkreeg middels zulke waterrijke planetesimalen," aldus Lichtenburg. Als dat zo is, is de kans echter vrij groot dat een planeet al snel te veel water verzamelt. En dus zochten Lichtenberg en collega's naar een manier waarop een planeet-in-wording aan dat lot kan ontkomen.
Door de planetesimalen van binnenuit te verwarmen, bleek een groot deel van het water dat ze herbergden te verdampen en in de ruimte te verdwijnen, alvorens het deel ging uitmaken van een planeet. En een supernova is een perfecte manier om planetesimalen van binnenuit 'uit te laten drogen'.

Hoe ging dat in zijn werk?
Zo rond het moment waarop onze zon het levenslicht zag, zou in de nabije omgeving een zware ster zijn geëxplodeerd. Door die explosie werden radioactieve elementen - waaronder Aluminium-26 - in het jonge zonnestelsel geslingerd. Het in verval geraakte Aluminium-26 zorgde er vervolgens voor dat planetesimalen van binnenuit werden verwarmd en uitdroogden. Simulaties wijzen uit dat een dergelijk proces leidt tot stelsels zoals ons zonnestelsel waarin planeten relatief weinig water herbergen. In afwezigheid van een supernova bleken juist stelsels te ontstaan die voornamelijk bestaan uit waterwerelden, oftewel planeten bedekt met een wereldwijde oceaan.

Dat de zon een belangrijke rol speelt in de leefbaarheid van onze aarde, moge duidelijk zijn. Maar een veel zwaarder broertje of zusje, ontstaan in dezelfde sterrenhoop als onze zon, heeft mogelijk dus ook een flinke duit in het zakje gedaan. Vervolgonderzoek zal moeten uitwijzen of deze theorie stand kan houden. Zo moet bijvoorbeeld nog worden uitgezocht welke gevolgen de aanwezigheid van Aluminium-26 had op de evolutie van de gasreuzen in ons zonnestelsel en of dat overeenkomt met hoe de gasreuzen er vandaag de dag uitzien.

Bronmateriaal:
"Better to dry a rocky planet before use" - National Centre of Competence in Research Planet S

*) IJs kan zwaarder zijn dan water
De wetenschap kent ten minste 18 aanduidingen voor diverse fases (packing geometries) van het molecuul H2O in vaste toestand: ijs.
Water gestold tot het ons bekende ijs wordt geduid als Ih ('ice one h'/hexagonial crystalline structure) en zet inderdaad ong. 9% uit bij bevriezing, maar er zijn andere vormen mogelijk door zeer snelle of juist trage bevriezing, onder andere thermodynamische omstandigheden en/of vervuild met tal van andere stoffen. Die leiden soms tot andere ijsfases dan Ih met andere materiaaldichtheden; waaronder vederlicht ijs (type XVI) of juist zwaarder en dat daardoor zinkt, zoals ijsfase type XII met 1,3 maal de dichtheid van water (per volume).
Er is ook een extreme ijsfase (XV) waarvan men vermoedt dat het onder hyperextreme druk zelfs metaaleigenschappen vertoond, maar het is nog steeds H2O. Op een waterplaneet diep gelegen onder extreme druk en temperatuur, een andere valversnelling en misschien wel vermengd met zouten en andere ongeregeldheden, is dat ijs in een andere dan de ons gekende ijsfase Ih te treffen en komt niet per se naar boven drijven zoals we dat op Aarde in de natuur aanschouwen onder 'normale' omstandigheden en dampkring. Zodoende ontstaat er een harde bodem (‘bodem': overgang van vloeibare naar vaste vorm) van ijs vanaf een bepaalde diepte, als de omstandigheden geschikt zijn.
Bron: en.wikipedia.org/wiki/Ice#Phases

terug naar het antropisch principe

terug naar het weblog






^