EXTRASOLARE PLANETEN
Super-Erden brauchen andere Ursuppe
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie
astronews.com
7. April 2009

In den letzten Jahren haben Astronomen mehr als 300 extrasolare Planeten entdeckt, darunter auch sogenannten "Super-Erden", die fast vollständig aus festen Materialien bestehen. Aber könnte es auf diesen Planeten Leben geben? Aktuelle Messungen mit dem Spitzer-Weltraumteleskop machen wenig Hoffnung: Zur Entstehung von Leben müsste die Ursuppe auf diesen Welten deutlich anders zusammengesetzt sein als sie es auf der Erde war.

Astronomen untersuchten Staubscheiben um M-Zwerge und Braune Zwerge mit Hilfe des Weltraumteleskops Spitzer. Bild: NASA / JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Nach heutigem Wissen begann das Leben auf der Erde in einer mit einfachen Molekülen gefüllten Ursuppe. Aber gab es eine ähnlich zusammengesetzte Ursuppe auch auf Planeten, die um andere Sterne kreisen? Eine Studie, die in dieser Wochel in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal erscheint, legt nahe, dass dies zumindest bei kühleren Sternen nicht der Fall ist – wenn es auf deren Planeten eine Ursuppe gab oder gibt, dann mit anderen Zutaten.

Die Forschergruppe um Ilaria Pascucci von der Johns Hopkins-University in Baltimore, zu der auch Thomas Henning und Jeroen Bouwman vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg zählen, nutzte das Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer der NASA, um in der direkten Umgebung von 61 jungen Sternen nach den charakteristischen Spuren von Blausäure zu suchen. Solche Spuren sind in bezug auf die Entstehung von Leben besonders interessant, da Blausäure Wasserstoff, Kohlenstoff und Stickstoff enthält, und in einer Reihe von Szenarien zur Entstehung des Lebens als wichtige Vorläuferchemikalie auftritt, etwa zur Bildung von Adenin, einer der vier organischen Basen, mit denen in DNA-Molekülen das Erbgut kodiert ist.

Sterne bilden sich durch den Kollaps von Gas- und Staubwolken. Um den jungen Stern herum entsteht eine protoplanetare Scheibe aus Staub und Gestein, die zunehmend verklumpt und aus der sich letztendlich die den Stern umkreisenden Planeten bilden. Die chemische Zusammensetzung der Scheibe bestimmt die Zusammensetzung der Planeten – und durch ein Bombardement von Gesteinsbrocken, die auf den in Entstehung befindlichen Planeten regnen, sollte zudem direkt Scheibenmaterial auf der Planetenoberfläche landen, ohne, dass es durch chemische Reaktionen umgewandelt würde.

Daher erlaubt der Nachweis bestimmter Molekülsorten im Gas der protoplanetaren Scheibe in begrenztem Maße Rückschlüsse auf die auf der jungen Planetenoberfläche vorhandenen chemischen Verbindungen – und damit auf die Zutaten einer möglichen Ursuppe. Der Staub protoplanetarer Scheiben ferner Sterne lässt sich seit den 1990er Jahren direkt nachweisen. Deutlich schwieriger ist es, anhand von Spektrallinien – für chemische Elemente oder Verbindungen charakteristische Frequenzen, bei denen besonders viel Licht ausgesendet oder absorbiert wird – auch in den Scheiben enthaltene Gase nachzuweisen.

Besonders interessant sind dabei Beobachtungen im infraroten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums, denn in diesen Bereich fallen die allermeisten Spektrallinien, anhand derer sich Moleküle identifizieren lassen. Allerdings sind die Spektrallinien des Gases vor dem Hintergrund des von der Staubscheibe ausgesandten Lichts nur schwer auszumachen. Von der Erde aus sind solche Beobachtungen aufgrund der störenden Atmosphäre sehr schwierig. Mit dem Weltraumteleskop Spitzer dagegen lässt sich Infrarotstrahlung hinreichend ungestört und mit der nötigen Empfindlichkeit nachweisen.

Der Nachweis von Molekülen in den Scheiben um Braune Zwerge gelang erstmals mit der jetzt veröffentlichten Studie. Die Forschergruppe richtete ihr Augenmerk zum einen auf 44 gelbe, sonnenähnliche Sterne, zum anderen auf 17 rötlich leuchtende, kühlere Sterne, so genannte M-Zwerge und Braune Zwerge. Die beobachteten Sterne sind zwischen eine und drei Millionen Jahre alt (zum Vergleich: unsere Sonne ist rund 4 Milliarden Jahre alt). Sie sind von protoplanetaren Scheiben umgeben, und ihre Planeten entstehen vermutlich gerade. 

Die Forscher bestimmten anhand der Stärke der Spektrallinien jeweils die Häufigkeit von Blausäuremolekülen. Das Ergebnis war überraschend: Bei keinem der kühleren Sterne – sowohl der M-Zwerge wie auch der Braunen Zwerge – ließ sich in der protoplanetaren Scheibe Blausäure nachweisen. Dass es sich dabei nicht um Fehlmessungen handelt, zeigt das Vorhandensein des Vergleichsmoleküls Acetylen, das sich bei den kühleren Sternen einwandfrei nachweisen ließ. Bei den gelben, sonnenähnlichen Sternen trat Blausäure zumindest in 30% der Fälle auf.

Pascucci vermutet einen systematischen Zusammenhang: "Vielleicht führt das sehr viel stärkere UV-Licht der sonnenähnlichen Sterne dazu, dass mehr Blausäure produziert wird." Aus Sicht der Suche nach Leben auf fernen Planeten geben die neuen Ergebnisse zu denken. Große, erdähnliche Planeten – Super-Erden – sind bislang um vergleichsweise kühle Sterne entdeckt worden. Ob auf diesen Planeten Leben möglich ist, ist unklar – insbesondere finden auf einer Reihe von M-Zwergen häufig magnetische Energieausbrüche statt, die sternnahe Planeten mit lebensfeindlicher Strahlung überschütten würden.

Die Spitzer-Studie weist auf ein weiteres Problem hin. "Unsere Studie wirft die Frage auf, ob auf den Planeten kalter Sterne überhaupt die richtigen Zutaten für die Entwicklung von Leben vorhanden sind", erläutert Henning. "Wenn sich dort Leben bildet, dann aus einer Ursuppe mit anderen Zutaten, als es hier auf der Erde der Fall war." Falls die geänderten Zutaten die Enwicklung von Leben unmöglich machen, ist Leben in unserer näheren Umgebung eher die Ausnahme als die Regel: rund zwei Drittel der Sterne in unserer kosmischen Nachbarschaft sind kühle Sterne der hier untersuchten Typen.