Hoe groter de beschaving, hoe meer rommel deze om zich heen zaait. Archeologen maken dankbaar gebruik van mestvaalten om beschavingscentra op te sporen. Zou je dezelfde techniek ook niet toe kunnen passen om buitenaardse beschavingen op te sporen, vragen astronomen Duncan Forgan en Martin Elvis zich af.
Rommel, onlosmakelijk verbonden met de ‘beschaving’
Als een buitenaards wezen afdaalt naar de aarde is het eerste wat hij tegen komt de steeds dichter wordende wolk ruimtepuin, bestaande uit brokstukken afgedankte satelliet, rakettrappen en dergelijke. Ook in onze oceanen zijn de drijvende vuilniseilanden moeilijk te missen. Kortom: het lijkt er op dat rommelmaken onlosmakelijk verbonden is met moderne beschavingen. Ook van eerdere beschavingen, zoals het Romeinse Rijk, zijn enorme vuilnisbelten teruggevonden. Het ging hier meestal om aardewerk.
Asteroïdengordels
We schreven er al eerder over: de asteroïdengordel van het zonnestelsel is de meest logische plaats om grondstoffen te winnen. Hoewel de totale massa van alle asteroïden samen maar klein is – een fractie van de maan – is de zwaartekracht bijna nul en het totale oppervlak enorm. Sommige asteroïden bestaan zelfs bijna uit puur metaal.
Kleopatra, deze bizarre 'hondenkluif', bevat waarschijnlijk meer metaal dan tot nu toe op aarde is gewonnen.
De Britse astronomen Duncan Forgan en Martin Elvis denken dat buitenaardse beschavingen dit al aan het doen zijn en de rijke ertsvoorraden in hun asteroïdengordel aan het oogsten zijn. Hierbij komt uiteraard de nodige warmte vrij – stel je voor dat je een brok metaal van honderden kilometers groot onder handen wilt nemen – en vermoedelijk zal het vele transport en het ruimteafval als gevolg van de mijnbouw ook zijn sporen nalaten. Beide astronomen denken dat de tekenen hiervan van vele lichtjaren afstand waar zijn te nemen. We weten welke verhoudingen aan elementen en chemische elementen van nature voorkomen in puinringen. Uitlaatgassen van raketten, brokstukken, metaaldampen, kortom alles waarvan je verwacht dat het bij mijnbouwoperaties in de ruimte vrijkomt, wijkt hier sterk van af. Grote objecten van vele kilometers groot zullen er het eerst aan geloven, omdat ze makkelijker te ontginnen zijn dan kleinere. Een asteroïdengordel zal daarom minder grote objecten bevatten, verwachten ze, terwijl de hoeveelheid stof en gas juist sterk toeneemt.
Op jacht naar buitenaardse beschavingen
Op dit moment vindt er veel onderzoek plaats naar buitenaardse stofringen om sterren, onder meer om meer te weten te komen over de vorming van ons eigen zonnestelsel. Forgan en Elvis stellen nu voor om gebruik te maken van de data die bij dat onderzoek vrij komen. Vinden astronomen puinringen of stofschijven met afwijkende samenstelling of verdeling van brokstukken, dan is het verstandig hier nader onderzoek naar in te stellen. Het zou dan heel goed kunnen dat ET daar planetoïden aan het ontginnen is…
Recente waarnemingen aan moeilijke zichtbare verre melkwegstelsels van meer dan tien miljard jaar oud, tonen aan dat deze opmerkelijk rijp zijn voor hun leeftijd. Hoe kunnen zo snel na de Big Bang al doorontwikkelde melkwegstelsels zijn ontstaan? Kloppen onze theorieën wel?
Van dwergstelsel tot megastelsel
Melkwegstelsels komen voor in allerlei soorten en maten. Zo zijn er melkwegstelsels (denk aan de Magellaanse Wolken) die veel kleiner zijn dan het onze. Deze bestaan uit enkele honderden miljoenen sterren. Volgens de op dit moment populaire kosmologische theorieën waren dit (vanaf een miljard jaar na de Big Bang) de eerste melkwegstelsels die ooit gevormd werden. Door vele botsingen van de dwergstelsels vormden ze grotere stelsels. Pas na enkele miljarden jaren vormden deze stelsels zo groot als onze eigen Melkweg.
Redshift desert
Nieuwe waarnemingen van het Gemini Observatory van stelsels in de zogeheten “Redshift desert”, een periode drie tot zes miljard jaar na de Big Bang, zetten dit overzichtelijke plaatje echter totaal op zijn kop. De onderzoekers namen namelijk melkwegstelsels waar die veel ouder waren dan volgens dit populaire model kan. De ouderdom van een melkwegstelsel is onder meer te zien aan de helderheid. In een jong melkwegstelsel vindt heel veel stervorming plaats.
De evolutie van het heelal, volgens de tegenwoordige theorieën.
Hoe stel je de leeftijd van een melkwegstelsel vast?
De belangrijkste methode is de roodverschuiving meten. Omdat het heelal overal ongeveer even snel uitzet, lijken melkwegstelsels op vele miljarden lichtjaar afstand snel van ons af te bewegen. Als gevolg hiervan wordt hun licht uitgerekt. De mate van uitrekking is te meten. In licht komen namelijk spectraallijnen voor: een soort vingerafdruk van de atomen waar het licht door wordt uitgezonden of wordt geabsorbeerd. Elk los atoom of molecuul heeft een unieke vingerafdruk: het absorptie (of emissie-) spectrum. Zo hebben natriumionen twee karakteristieke heldergele spectraallijnen. De reden dat je een geel licht ziet als je keukenzout (natriumchloride) in een gasvlam laat vallen. Als deze vingerafdruk plotseling in veel roder licht voorkomt dan normaal, weet de astronoom dat dit object van hem af beweegt.
Dit zegt echter niet veel over de conditie van het melkwegstelsel. Daarvoor kan je beter letten op de lichtverdeling. Als er veel stervorming plaatsvindt, worden er ook veel reuzensterren gevormd. Reuzensterren leven zeer kort, enkele tientallen miljoenen jaren, en zenden veel blauw licht uit. Als gevolg daarvan licht een jong stelsel op als een kerstboom. Als de stervorming stopt, is het ook snel met deze reuzensterren gedaan en treedt het melkwegstelsel een stabielere, ‘rijpere’ fase in. Zo is de stervormingssnelheid in onze eigen Melkweg nog maar een kwart van wat deze miljarden jaren geleden was. In rijpere melkwegstelsels wordt het licht van langlevende zonachtige sterren en rode dwergsterren overheersend. Daarvoor werd dat overstraald door de heldere reuzensterren.
Een tweede techniek is letten op het voorkomen van metalen. Metalen zijn volgens astronomen alle elementen behalve waterstof en helium. In de praktijk dus: alle atomen die niet bij de oerknal gevormd zijn. Sterren vormen tijdens hun bestaan door kernfusie zwaardere elementen. Zo wordt waterstof gefuseerd tot helium, helium tot koolstof enzovoort. Als het licht van een melkwegstelsel veel sporen van bijvoorbeeld koolstof, zuurstof of ijzer bevat, is dat dus een bewijs dat het al van een gevorderde leeftijd is.
Je kan ook letten op de grootte en vorm. Grote melkwegstelsels (zoals ons eigen stelsel) zijn het resultaat van vele samensmeltingen van dwergstelsels en daarmee vermoedelijk veel ouder dan dwergstelsels. Als een dwergstelsel nooit samensmelt, kan ook dit uiteraard een hoge ouderdom bereiken. Hier zijn meerdere voorbeelden van bekend.
Gemini Deep Deep Survey
Waarnemingen tot nu toe concentreerden zich alleen op de helderste, dus “jongste” melkwegstelsels. Die zijn namelijk het makkelijkst waar te nemen (de lichtzwakke stelsels zijn driehonderd keer zwakker dan het licht van de atmosfeer). Uiteraard levert dat een erg vertekend beeld op. De Gemini telescopen zijn een tweetal volkomen identieke acht-meter spiegeltelescopen, waarvan er één op de vulkaankegel Mauna Kea op Hawaii staat en de andere in Chili. GDDS is een internationaal samenwerkingsverband dat het spectrum onderzocht van driehonderd melkwegstelsels uit de “redshift desert”, waaronder evenredig veel lichtzwakke exemplaren, die astronomen daarvoor maar “even” hebben laten liggen. Daardoor ontstond een realistischer beeld. Naar blijkt, zijn de lichtzwakke stelsels veel rijper dan kan volgens de theorieën. Het gas tussen de sterren in de stelsels bevat veel meer metalen dan verwacht.
Eerste buitenaardse leven veel eerder dan gedacht?
In de buurt van de allereerste sterren konden zich geen planeten vormen, omdat er alleen waterstof en helium bestonden. Metaalrijke stelsels bevatten veel grondstoffen voor planeten: ijzer, silicium, zuurstof. Nu we hebben ontdekt dat ook zeer jonge melkwegstelsels dus planeten konden vormen, zou het leven al snel voet aan de grond moeten hebben gekregen in het universum, al ver voordat de aarde zelfs maar werd gevormd. Zouden onze verre nakomelingen ruïnes van buitenaardse beschavingen kunnen vinden in de buurt van uitgebrande sterren?
Het aantal bewoonbare planeten in het heelal is in theorie werkelijk verbijsterend. Toch merken we tot nu toe een oorverdovende stilte. Waarom zijn de aliens niet hier? Een eerste artikel over deze Fermi Paradox, waarin de kans wordt berekend op een aardachtige planeet met intelligent leven.Stromatolieten waren bijna drie miljard jaar lang de hoogste levensvorm op aarde.
Drake-vergelijking
Radio-astronoom Frank Drake bedacht de Drake-vergelijking die aangeeft van hoeveel buitenaardse beschavingen we radiostraling op kunnen vangen. Hierbij ging hij er van uit dat intelligente aliens zich alleen op een aardachtige planeet kunnen vormen. De formule ziet er ingewikkeld uit maar is in feite slechts een rijtje getallen dat met elkaar wordt vermenigvuldigd.
De Drake-vergelijking is: [latex]N = R^{\ast} \cdot f_p \cdot n_e \cdot f_{\ell} \cdot f_i \cdot f_c \cdot L \![/latex]
N: het aantal buitenaardse beschavingen is waarmee we zouden kunnen communiceren;
R*: de stervormingssnelheid in onze melkweg
fp is de fractie van sterren die planeten bezit
ne: het aantal planeten per ster dat leven zou kunnen herbergen
fâ„“: de fractie planeten waar daadwerkelijk leven ontstaat
fi: de fractie waarop ‘intelligent’ leven ontstaat (waartoe we onszelf heel onbescheiden rekenen)
fc: de fractie die in haar bestaan vanuit de aarde detecteerbare signalen produceert
L: de tijdperiode waarin deze beschavingen deze detecteerbare signalen uitzenden.
Wat komt er uit de Drake-vergelijking?
Drake bedacht deze vergelijking in 1962, toen we over veel minder astronomische kennis beschikten dan nu. Nu kunnen we dingen, zoals het detecteren van exoplaneten, waar Drake alleen maar over kon dromen. Ook is onze kennis over stervorming en planeetvorming aanmerkelijk uitgebreider dan toen. Bij een aantal getallen kunnen we dus realistische waardes plaatsen. De meeste getallen blijven echter nog een raadsel.
Zonachtige sterren
Veel astronomen gaan er (conservatief) van uit dat de enige plaats waar zich leven kan ontwikkelen, een aardachtige planeet is die rond een zonachtige ster draait. De reden is dat zonachtige sterren zowel klein genoeg zijn om lang genoeg mee te gaan om het ontstaan van leven mogelijk te maken, als groot genoeg om een voldoend groter leefbare zone te bezitten.
Blauwe reuzensterren leven extreem kort. Daar kan je dus beter niet naar planeten met leven zoeken.
Rode dwergsterren, bijvoorbeeld, vormen weliswaar meer dan driekwart van alle sterren en leven zeer lang, duizenden miljarden jaren, maar hun bewoonbare zone is zeer smal en ligt dicht bij de ster. Als gevolg daarvan wordt de planeet vastgenageld aan de ster: tidal locking. Ongeveer zoals de maan altijd hetzelfde halfrond naar de aarde wendt.Volgens sommigen verdwijnt hierdoor het beschermende magneetveld en dus de atmosfeer. Aan de eeuwige-nachtzijde van de planeet ligt dan een dikke ijslaag. Aan de andere kant: een veel groter ster dan de zon brandt snel op. Zo gaat een zware blauwe reus als de ster Rigel minder dan honderd miljoen jaar mee. Het leven op aarde deed er twee miljard jaar (twintig keer zo lang dus) over om zich van één cel tot tot meercellige te ontwikkelen. Het percentage zonachtige sterren (F-klasse, G-klasse en K-klasse) is voorzover we weten ongeveer twintig. Eén op de vijf sterren is dus een zonachtige ster.
Stervormingssnelheid
Ons melkwegstelsel telt ongeveer driehonderd miljard sterren. Deze hebben zich alle in de dertien miljard jaar dat ons heelal bestaat, gevormd. In 2006 berekende een aantal wetenschappers hoeveel sterren zich per jaar vormen in de melkweg. Ze kwamen hierbij uit op ongeveer zeven sterren per jaar. Dit lijkt een redelijke schatting anno nu. In het verleden lag de stervormingssnelheid echter vele malen hoger. Het is realistischer van bijvoorbeeld vijftien tot twintig sterren per jaar uit te gaan.
Fractie van sterren met planeten
In de tijd van Drake was de mogelijkheid om dit vast te stellen pure science-fiction.
Satelliet COROT ontdekte super-aarde COROT 7B, zo extreem heet dat het gesteente regent. Duidelijk wat minder geschikt voor leven, dus.
Gelukkig is dat nu anders, onder meer de exoplaneet-zoekende satellieten COROT en Kepler geven ons een steeds nauwkeuriger indruk van het percentage sterren dat over planeten beschikt. Naar schatting van astronomen beschikt ongeveer veertig procent van alle zonachtige sterren (zie voor) over planeten zo groot als de aarde of groter. Als we alle rode dwergen en reuzensterren (alsmede uitgebrande sterren, hoe onterecht volgens velen ook) afschrijven komen we dus uit op een getal voor fp van 0,40 * 0, 20 = 0,08 (acht procent).
Aantal planeten per ster waarop zich leven kan ontwikkelen
Ook dit onderwerp garandeert heftige discussies. In vorige eeuwen sidderden mensen van angst voor marsmannetjes, maar we weten nu dat er maar enkele plaatsen in het zonnestelsel zijn die leven kunnen herbergen zoals we dat op aarde kennen. Naast de aarde zijn dat Mars, de Jupitermaan Europa en de Saturnusmaan Enceladus (en volgens sommigen Titan), die over vloeibaar water in hun binnenste beschikken. In een verder verleden bevonden zich ook op Venus oceanen. Deze zijn nu totaal drooggekookt. Uitgaande van onze ervaringen in het zonnestelsel kunnen we concluderen dat een op de vier planeten of planeetachtige objecten, gastvrij kunnen zijn voor leven. In de praktijk is dit echter hooguit eencellig leven. Als we uitgaan van acht planeetachtige objecten per ster, betekent dat dus twee planeten per ster.
Percentage bewoonbare planeten waarop leven ontstaat
We kennen op dit moment maar één planeet waarop leven bestaat: onze aarde. Het leven op aarde ontstond opmerkelijk snel: binnen een miljard jaar na het ontstaan van de aarde. De oudste fossielen dateren van 3,5 miljard jaar geleden. Een groot deel van deze miljard jaar was de aarde een roodgloeiende lavaplaneet. Gesteente van 3,8 miljard jaar oud, aangetroffen in Groenland, bevatte echter ook aanwijzingen dat er mogelijk leven was in die tijd.
Er zijn sterke aanwijzingen (o.a. methaanuitstoot en mogelijke overblijfselen van stromatolieten) dat ook Mars levensvormen bevat of bevatte. Zolang we Mars, Europa, Titan en Enceladus niet grondig hebben uitgekamd kunnen we geen andere uitspraken doen. Het is ook allerminst zeker dat het leven op de aarde zelf is ontstaan. Volgens sommige theorieën ligt de oorsprong van het leven in interstellaire wolken, een mogelijkheid waarmee Drake (net als met de al even omstreden panspermie) geen rekening hield.
Arbitrair kiezen we hier (mede gezien het extreem snelle ontstaan van leven op aarde) voor ongeveer een derde kans.
Hoeveel planeten ontwikkelen intelligent leven?
Intelligent leven vereist de mogelijkheid om informatie te kunnen verwerken. Deze mogelijkheden zijn voor een amoebe of zeepok niet bijzonder groot. Vandaar dat archeologen nog steeds geen amoebenbeschaving of zeepoktempel hebben opgegraven, hoewel deze soorten er al vele honderden miljoenen jaren zijn.
Stromatolieten waren bijna drie miljard jaar lang de hoogste levensvorm op aarde. Saai...
Uit fossielen en schedelmetingen weten we wel dat dieren in de loop van miljarden jaren steeds slimmer werden. Zo was het slimste dier dat leefde aan het einde van de tijd van de dino’s, Troödon, ongeveer zo slim als een modern zoogdier. Er zijn nu meerdere soorten met een hoge hersenmassa. De walvisachtigen, aapachtigen, papegaaiachtigen en de octopusachtigen hebben alle een relatief hoge hersenmassa. Dit zijn alle vier verschillende diergroepen die zich – als de groei in hersenmassa doorzet – ook tot intelligente levensvormen kunnen ontwikkelen. Omdat er meerdere groepen dieren zijn die dit potentieel hebben, is de waarschijnlijkheid dat zich intelligent leven ontwikkelt, vermoedelijk hoog.
Als de biosfeer maar lang genoeg bestaat om ingewikkelde diersoorten voort te kunnen brengen. Juist dat laatste is problematisch. Gedurende drie miljard jaar kwamen er op aarde alleen eencelligen voor. Pas vrij kort geleden, tegen het einde van het Precambrium zeshonderd miljoen jaar geleden, ontstonden er meercellige organismen. Er was namelijk pas toen voldoende vrije zuurstof om ingewikkelder dieren met een brein van energie te voorzien. Als we uitgaan van de geschiedenis van de aarde, is de ontwikkeling van een celkern en meercelligheid een veel grotere stap geweest dan de ontwikkeling van intelligent leven. Waarschijnlijk bevatten daarom verreweg de meeste planeten met leven alleen bacterie-achtige organismen. De fractie planeten met intelligent leven is dus misschien op een duizendste of nog minder te stellen. De kans is veel groter dat zich een tweede Venus vormt of dat er nog steeds alleen bacteriën rondkrioelen als de zon opzwelt tot een rode reus.
Hoeveel intelligente aliensoorten ontwikkelen zich tot een beschaving die in staat is radiogolven voort te brengen?
De mens als soort bestaat zeker driehonderdduizend jaar. Het grootste deel van die tijd – tot ongeveer tienduizend jaar geleden – leefden de mensen als jagers en verzamelaars.
Dolfijnen zijn slimme dieren. Helaas hebben ze geen ledematen waarmee ze gereedschap kunnen vasthouden.
Ongeveer tienduizend jaar gelden werd de landbouw ontwikkeld, waardoor veel hogere bevolkingsdichtheden mogelijk waren. Moderne wetenschap bestaat nog veel korter: enkele honderden jaren. De eerste radio- en televisieuitzendingen dateren van minder dan een eeuw terug. Een bol met radiogolven verspreidt zich met de lichtsnelheid over de naburige sterren.
Er zijn op aarde meer relatief intelligente soorten – de eerder genoemde andere aapachtigen, octopusachtigen, papegaaiachtigen en walvisachtigen – maar voor een dier zonder ledematen als een papegaai of walvis, hoe intelligent mogelijk ook, is het onmogelijk om verder te komen dan het uitwisselen van ingewikkelde verhalen en liederen. Een intelligente soort moet effectief gereedschappen kunnen gebruiken. Alleen de octopusachtigen en de aapachtigen voldoen hieraan. Octopussen leven echter solitair. Voor een beschaving moeten individuen in groepen leven en voor langere tijd op één plaats kunnen blijven. Ook moet het mogelijk zijn om ingewikkelde apparaten en elektronica te kunnen bouwen. Onder water is dat zeer lastig. Kortom: het is moeilijk voorstelbaar dat een waterbewonende soort verder komt dan de steentijd.
Er zijn meer scenario’s denkbaar. De planeet kan bijvoorbeeld nauwelijks metalen bevatten, waardoor de bewoners veroordeeld zijn tot een bestaan dat de steentijd niet ontstijgt. Dat er veel metalen op de oppervlakte van de aarde voorkomen is, denken onderzoekers -letterlijk- een toevalstreffer: een metaalrijke asteroïde sloeg in. Van nature zakken metalen naar de kern. Een beschaving kan zich ontwikkelen in een niet-technische richting – in feite is dit meer de regel dan een uitzondering. Alleen de Chinese en Europese beschavingen kenden een sterke inheemse technische traditie.
Hoe lang gaat de buitenaardse beschaving door met radiogolven uitzenden?
Radiozenders zijn nu veel minder krachtig dan vroeger, omdat radioontvangers veel beter zijn geworden. Vrijwel alle radioverkeer is nu digitaal in plaats van analoog. Op lichtjaren afstand worden de bits van digitale uitzendingen nu uitgesmeerd, waardoor het lijkt alsof de aarde witte ruis uitzendt. Paradoxaal was de aarde voor aliens vijftig jaar geleden dus duidelijker te ontdekken dan nu. Beschavingen hebben ook een eindige levensduur. We worden nu geconfronteerd met het opraken van grondstoffen, fossiele brandstoffen en de gevolgen van milieuvervuiling. Het had weinig gescheeld of door de Cubacrisis van 1962 was een nucleair Armageddon uitgebroken. Wie weet vinden wetenschappers in de toekomst een nog veel dodelijker wapen uit waardoor de mensheid zichzelf opblaast of vergiftigt en is dit de reden dat we zo weinig merken van andere technisch ontwikkelde beschavingen. Toch moeten we een realistisch getal zien te vinden. Vijfhonderd jaar lijkt een redelijke schatting. Dit op basis van de levensduur van eerdere menselijke beschavingen zoals de Tolteekse, de Egyptische en de Indusbeschaving. Dit is trouwens ook een uitstekend argument om ook op buitenaardse werelden kolonies te stichten. Zij kunnen de aardbewoners redden als het op aarde uit de hand loopt.
De gevolgen van een kunstmatig zwart gat dat ontsnapt zijn vermoedelijk vrij akelig. Ter geruststelling: dit ligt op dit moment nog ver buiten onze mogelijkheden. Nog wel…
Hoeveel buitenaardse beschavingen zijn er nu in de Melkweg?
Er vormden zich ongeveer vijftien tot twintig sterren per jaar miljarden jaren geleden. Naar schatting heeft ongeveer acht procent van alle sterren interessante planetenstelsels (dit is exclusief de rode dwergen, driekwart van alle sterren). Naar schatting heeft elk van deze sterren twee planeten waar in potentie leven kan ontstaan.
Omdat leven op aarde zeer snel nadat de omstandigheden daar geschikt voor waren al is ontstaan, moet het ontstaan van leven niet een erg zeldzame gebeurtenis zijn. Laten we pessimistisch uitgaan van een derde kans.
Veel gecompliceerder is de ontwikkeling van eencellig naar meercellig (en dus in potentie intelligent) leven. Het kostte op aarde maar liefst drie miljard jaar om van eencellige naar meercellige te evolueren. Vandaar dat we hier uitgaan van een duizendste: een zeer zeldzaam proces. Uit de aanwezigheid van vier niet verwante diergroepen op aarde met een verhoogde hersenmassa leiden we af dat een hogere intelligentie een natuurlijk gevolg is van voortschrijdende evolutie. De kans dat er uiteindelijk een intelligente soort ontstaat, gegeven dat er meercellig leven bestaat, is hiermee vrij hoog.
Een intelligente soort kan zowel op het land, in de zee of in de atmosfeer voorkomen (van veel superaardes wordt een zeer dikke atmosfeer voorspeld). Alleen landbewoners (of andere soorten, met onwaarschijnlijk veel geluk) kunnen zich tot een gereedschap gebruikende soort ontwikkelen. Misschien dat één op de tien soorten zich uiteindelijk tot technische beschaving ontwikkelt. De rest is voor eeuwig opgesloten op hun planeet, tenzij een welwillende buitenaardse soort ze bevrijdt voor ze uitsterven.
Laten we uitgaan van een periode van vijfhonderd jaar dat deze soort radiostraling uitzendt. Als de soort naar andere sterren reist wordt deze periode uiteraard veel langer. Alleen al de reis naar een andere ster duurt honderden tot duizenden jaren.
Dan komen we in totaal uit, alleen al in deze Melkweg, op 15 (aantal nieuwe sterren per jaar) x 0,08 (percentage sterren dat zonachtig is en een planetenstelsel heeft) x 2 (aantal planeten in bewoonbare zone of met grote ondergrondse oceaan) x 1/3 (kans op ontstaan leven) x 1/1000 (kans op ontwikkeling van meercellig intelligent leven) x 1/10 (kans op de ontwikkeling van een technische beschaving) x 500 (levensduur van de technische beaschaving)= 0,4 beschavingen. Dit is de kans dat er op dit moment ergens in de Melkweg zich een beschaving vindt die ook radiogolven uitzendt. Erg ver kunnen we niet luisteren – misschien een bol met honderd lichtjaar doorsnede, als we een veel betere radiotelescoop gebruiken dan die waar we nu over beschikken (op dit moment kunnen we een grote radiozender in de buurt van Alfa Centauri net uit de achtergrondruis pikken). Dat is maar een heel klein gebiedje: het melkwegstelsel heeft een doorsnede van vijftigduizend lichtjaar. Het is dus erg logisch dat we niets horen van aliens. Aan de andere kant, deze aannames zijn op sommige punten boterzacht…
In 2006 werd een enorme wolk waterstofgas ontdekt die dit melkwegstelsel in ongeveer vijftig miljoen jaar zal bereiken. Deze wolk is vermoedelijk niet de enige. De melkweg wordt omringd door vele onzichtbare dwergmelkwegstelsels die vrijwel alleen uit waterstofgas bestaan. En veel, heel veel donkere materie…
Donkere dwergmelkwegstelsels
Volgens donkere-materie modellen moet ons heelal krioelen van ophopingen donkere materie met nauwelijks sterren. Koud waterstofgas, zoals dat in de interstellaire ruimte voorkomt, is optisch onzichtbaar.
De onregelmatige vorm van NGC 4254 wordt veroorzaakt doordat een donkere-materie melkwegstelsel het uit elkaar trekt, denken sommige astronomen.
Het eerste “onzichtbare” dwergmelkwegstelsel, VIRGOHI 21, werd daarom met de Nederlandse radiotelescoop van Westerbork ontdekt. Dit melkwegstelsel bevat extreem weinig sterren. De massa blijkt daarentegen groot: alleen al het waterstofgas is voldoende om honderd miljoen zonachtige sterren te vormen: een duizendste van de massa van de Melkweg. De snelheid waarmee VIRGOHI 21 ronddraait is echter veel te hoog om verklaard te kunnen worden door het waterstofgas. Er moet ongeveer vijfhonderd keer meer onzichtbare materie zijn dan direct wordt waargenomen. Het naburige stelsel NGC 4254 ziet er erg onregelmatig uit. Vermoedt wordt dat de zwaartekracht van de grote hoeveelheid donkere materie van VIRGOHI 21, het naburige stelsel NGC 4254 uit elkaar trekt.
Niet alle astronomen zijn het overigens een met deze interpretatie. Volgens sommigen gaat het hier om draaikolken in het kielzog aan gas dat om het vlak van het melkwegstelsel heen hangt, losgetrokken door het passeren van een ander melkwegstelsel. Dit zou ook de hoge gemeten schijnbare rotatiesnelheden verklaren.
Bijvultanks voor melkwegstelsels?
Een al langer bestaand raadsel is hoe melkwegstelsels nog zo lang door kunnen gaan met stervorming. Astronomen denken nu dat deze bijna onzichtbare dwergstelsels melkwegstelsels ‘bevoorraden’ met waterstofgas. Veel gas wordt namelijk opgestookt bij de vorming van sterren. Volgens berekeningen zou de snelheid van stervorming in melkwegstelsels na ongeveer een miljard jaar sterk dalen. Als ons melkwegstelsel (en andere) geregeld wordt ‘bijgevoerd’ met vers gas uit dit soort donkere dwergmelkwegstelsels (als ze dat inderdaad zijn), dan zou dat verklaren waarom ook nu, na vele miljarden jaren, ons melkwegstelsel nog steeds niet ten dode is opgeschreven.
Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten ontstaat er een enorme explosie. Bestaan er grote hoeveelheden antimaterie in het heelal? Als dat zo is, weten we nu hoe we dat uit kunnen vinden.
Antihelium-4 werd gevormd door een miljard goudatoomkernen op elkaar te beuken.
Naast materie bestaat er ook antimaterie. Voorspeld door kwantumgrootheid Paul Dirac als een ‘gat’ in de Diraczee van elektronen, was het positron, een anti-elektron, het eerste antimateriedeeltje ooit dat is ontdekt. De Diraczee wordt nu als model wat minder elegant gevonden, maar het positron bleek een blijvertje. Er volgden snel meer ontdekkingen: ook protonen en neutronen blijken antimaterie-tegenhangers te hebben. Antiprotonen en antineutronen zijn opgebouwd uit antiquarks. Er bestaan ook antineutrino’s. Het foton is zijn eigen antideeltje.
Totale vernietiging
Als materie en antimaterie elkaar ontmoeten, vernietigen ze elkaar totaal. Letterlijk alle massa wordt compleet omgezet in energie in de vorm van elektromagnetische straling. Zelfs bij kernfusie, het energierijkste proces dat we in de praktijk kennen, wordt ‘maar’ 0,7% van alle massa in energie omgezet. Als één gram materie en antimaterie in energie wordt omgezet, komt evenveel energie vrij als bij de kernexplosie in Hiroshima.
Anti-atomen
Uit antimateriedeeltjes zijn atomen te bouwen, waarin positronen met antiprotonen (en eventueel antineutronen in de kern) een atoom vormen. Het kost extreem veel energie om antimaterie te produceren. Als gevolg hiervan zijn antimateriedeeltjes extreem heet en is het zeer lastig om ze samen te laten voegen tot atomaire materie. Het is in 2010 gelukt met antiwaterstof, bestaande uit een antiproton met een positron.
Antihelium: zeer lastig te fabriceren, toch geslaagd
Antimaterie moet letterlijk vanaf de basis, kerndeeltje bij kerndeeltje, worden opgebouwd. Vooral twee geladen antiprotonen bij elkaar brengen is extreem lastig. Antihelium bestaat uit twee antiprotonen en twee antineutronen. Met “gewone” materie is dit al uiterst lastig – de reden dat kernfusie nog steeds niet als energiebron kan worden gebruikt.
Dus werd door de onderzoekers besloten domweg uiterst bruut geweld toe te passen. Helaas kost elk extra antiproton of antineutron in een antimateriekern die op deze manier wordt vervaardigd, duizend keer zoveel energie.
Een miljard goudkernen werd met bijna de lichtsnelheid (een energie van 200 miljard elektronvolt per goudkern) op elkaar gebeukt in de Relativistic Heavy Ion Collider van het Amerikaanse onderzoekslaboratorium Brookhaven. Het brute geweld had resultaat: achttien antihelium-4 kernen. Daardoor weten we dat antihelium bestaat en hoe het zich fysisch gedraagt.
Sterren van antimaterie?
Dat laatste is belangrijk. Volgens sommige (overigens niet erg populaire) theorieën bevinden zich elders in het heelal grote concentraties antimaterie. De aanwezigheid hiervan zou je kunnen vaststellen uit kosmische straling. We weten nu dat antihelium-4 bestaat en dat het een biljoen maal minder voor moet komen dan antiwaterstof, als er in dit heelal alleen materie op grote schaal voorkomt.
Bestaan er ook antimateriesterren en -planeten, dan moet deze verhouding in de kosmische straling hoger zijn, want ongeveer een kwart van alle massa in atomen is helium. Dat zou ook voor antimaterie gelden. Het bestaan van grote hoeveelheden antimaterie zou kosmologisch en natuurkundig grote consequenties hebben. Ook weten we dan in de verre toekomst waar we aan werkelijk onvoorstelbare hoeveelheden energie kunnen komen.
Hoe zou de aarde er uit zien als de zon een rode dwerg is? Zou Mars leefbaar worden als de planeet een stuk groter is dan nu? NASA heeft een online applicatie ontwikkeld om je eigen exoplaneet te ontwerpen. Vanaf gloeiend hete Jupiter tot bevroren ijsdwerg, je droomwereld is door wat sliders te verschuiven samen te stellen. Dat niet alleen, het resultaat is te downloaden.
Altijd al willen weten wat er met de aarde gebeurt als je die twee keer zo groot maakt?
Australische astronomen hebben definitief aangetoond dat tien miljard jaar geleden een fundamentele natuurconstante, de fijnstructuurconstante alfa, anders was ten noorden van de galactische equator dan ten zuiden hiervan. Een probleem: dat kan helemaal niet volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie…
Wat is de fijnstructuurconstante?
De fijnstructuurconstante, alfa, geeft de sterkte aan van de elektromagnetische kracht ten opzichte van twee andere natuurconstanten, de lichtsnelheid (c) en de constante van Planck (h), die fundamenteel is in de kwantummechanica. In formulevorm: [latex]\alpha = \frac{k_\mathrm{e} e^2}{\hbar c}[/latex]. Alfa is ongeveer gelijk aan 1/137. Het is een dimensieloos getal, dus zonder eenheden er achter. Daarom wordt alfa gezien als fundamenteler dan andere natuurconstantes.
Volgens de algemene relativiteitstheorie zijn de natuurwetten overal gelijk, waar je ook bent en hoe snel je ook beweegt. Dat geldt dus ook voor fundamentele natuurconstanten als alfa, die in die natuurwetten gebruikt worden. Met andere woorden: als er veranderingen in deze verhouding worden gemeten, moeten de natuurwetten anders zijn op die andere plaats en gaat Einsteins relativiteitsprincipe niet overal op. De fijnstructuurconstante is te meten door te kijken naar het gedrag van licht. De golflengte van licht wordt namelijk bepaald door de energie, c en h. Lichtdeeltjes worden uitgezonden door de elektrisch geladen elektronen als ze in een andere ‘baan’ springen. Hoeveel energie dat kost, hangt af van hoe sterk de elektronen en de atoomkern elkaar aantrekken. Verandert er iets in de verhouding tussen de kracht die op elektronen werkt en de lichtsnelheid of de constante van Planck, dan merk je dat meteen aan het licht dat elektronen in bijvoorbeeld waterstofatomen uitzenden.
Wrede schok
Het nieuws uit Australië vervulde natuurkundigen en kosmologen met ongeloof. Alfa is misschien wel de meest onaantastbare natuurconstante, bekend tot op dertien decimalen precies.
Panoramafoto van de Melkweg. Hier verschuilt zich de enorme 'Australische kosmische dipool'.
Toch bleek alfa bij enkele verre quasars een honderdduizendste kleiner te zijn dan normaal. Naar goed wetenschappelijk gebruik werden de brengers van het slechte nieuws, John Webb, Victor Flambaum en hun collega’s van de Australische universiteit van New South Wales, in 1998 aanvankelijk aan de schandpaal genageld (1). Nu blijkt uit nieuwe metingen van Webb en de zijnen aan verre quasars, dat ook aan de andere kant van de hemel alfa een honderdduizendste afwijkt, deze keer groter dan hier op aarde. We lijken hier op aarde in het midden van deze twee waarden te liggen, iets dat sommige onderzoekers al heeft doen speculeren dat de Melkweg en onze buurstelsels om die reden uniek geschikt zijn voor leven.
Er kunnen verschillende redenen zijn voor deze variatie. Sommigen denken dat deze het bestaan van extra dimensies aantoont. Andere onderzoekers plaatsen vraagtekens bij de accuratesse van de metingen. Zo is weliswaar het effect statistisch significant, er is ongeveer 1:15 000 kans dat de resultaten van Webb op toeval berusten, maar er blijkt een behoorlijke correlatie te zijn tussen de uitkomsten van metingen en het instrument dat gebruikt is, stelt collega Orzel.
Is niet alleen de ruimtelijke locatie, maar ook de tijd waarin we nu leven, uniek geschikt voor leven?
Er kunnen ook in het verleden verandering op zijn getreden in alfa. Als dit zo is, dan moeten kernreacties anders zijn verlopen dan nu. Twee miljard jaar geleden was er op aarde een natuurlijke kernreactor actief op de plaats waar nu de Gabonese plaats Oklo ligt. Als de splijtingsproducten in een andere verhouding voorkomen dan verwacht wordt bij de tegenwoordige alfa, bewijst dat dat alfa afweek in het verleden (2).
Bronnen
1. Arxiv.org (Evidence for spatial variation of the fine structure constant)
2. Arxiv.org (Manifestations of a spatial variation of fundamental constants on atomic clocks, Oklo, meteorites, and cosmological phenomena)
3. physicsworld.com, Changes spotted in fundamental constant
Volgens sommige natuurkundigen leven we in een heelal met minder dan drie dimensies. Het feit dat we toch drie ruimtelijke en één tijdsdimensie waarnemen, komt volgens hen door het effect van een grotere schaal en lage energie.
Minkowski-metriek
Er zijn theorieën, zoals de diverse incarnaties van de snaartheorie, die aannemen dat we in een elf- of nog meer-dimensionale braanwereld leven. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie leven we in een vierdimensionale ruimte, bestaande uit drie ruimtedimensies en één tijddimensie. In de wiskundige beschrijving van ruimtetijd volgens Einstein, de Minkovski-ruimte, worden de drie ruimtedimensies als positieve getallen (enen) weergegeven en de tijddimensie als een negatief getal. Dat beschrijft het bekende relativistische effect, dat de tijd langzamer lijkt te gaan voor waarnemers die versnellen en daarna weer afremmen.
Er komt echter steeds meer experimenteel bewijs dat in ieder geval bij zeer hoge energieën, dit niet meer opgaat en we het met één, of misschien zelfs wel twee dimensies minder moeten doen…
Warme, tweedimensionale zwarte gaten
De eerste scheuren in ons vierdimensionale wereldbeeld ontstonden door theoretisch werk aan zwarte gaten. Het principe van een zwart gat is simpel. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie kan niets sneller bewegen dan het licht. Hoe zwaarder iets is, hoe hoger de ontsnappingssnelheid – je kan bijvoorbeeld van een zwevend rotsblok van een kubieke kilometer al ontsnappen door een flinke sprong te nemen. Op aarde moet je dan meer dan elf kilometer per seconde reizen, vijf keer sneller dan een kogel. Sommige objecten – ingestorte sterren zwaarder dan vijf keer de zon, bijvoorbeeld – zijn zo zwaar en dicht dat zelfs een voorwerp dat met de lichtsnelheid beweegt, zoals een lichtdeeltje, niet meer kan ontsnappen. Er ontstaat dan iets dat alles, zelfs licht, opslokt: een zwart gat.
Theoretisch natuurkundigen gingen stoeien met de wiskundige beschrijving van ruimte-tijd rond een zwart gat, waar onder meer de Schwarzschild-radius uit is afgeleid. En kwamen met opmerkelijke uitkomsten, toen ze deze met kwantummechanica gingen combineren. Zo ontdekte mediaberoemdheid Stephen Hawking dat zwarte gaten Hawkingstraling uitzenden, omdat als in het vacuüm virtuele deeltjes worden opgeslokt door het zwarte gat, het andere deeltje daardoor positieve energie krijgt en zo kan ontsnappen. Met andere woorden: zwarte gaten hebben een temperatuur! Nu is er een ijzeren thermodynamische wet in de natuurkunde: alles wat temperatuur heeft, heeft entropie, dus een informatieinhoud. Jacob Bekenstein berekende dat de hoeveelheid entropie van een zwart gat afhangt van… de oppervlakte van de waarnemingshorizon. Elke bit informatie komt overeen met [latex]\hbar G/c^3[/latex], de oppervlakte van Planck. Zowel [latex]\hbar[/latex] als G zijn erg klein en de lichtsnelheid c is heel erg groot, waardoor hier een absurd kleine waarde uit rolt: 2,6 * 10-70 vierkante meter (zeventig nullen achter de komma dus) per kwantumbit. De waarnemingshorizon van een zwart gat is ideaal om je illegale downloads op te dumpen, dus. Ook interessant is dat volgens de algemene relativiteitstheorie de diameter van een zwart gat evenredig is aan zijn massa: elke zonsmassa extra betekent dat het gat zes kilometer doorsnede er bij krijgt. Is massa informatie, dus entropie? En komt informatieinhoud overeen met oppervlak? Dit is wat het combineren van de algemene relativiteitstheorie met kwantummechanica lijkt te impliceren…
Leven we in een plat vlak?
Waarnemingen aan extreem krachtige kosmische straling (het krachtigste kosmische deeltje ooit waargenomen had evenveel punch als een weggemepte honkbal, let wel, één enkel deeltje) tonen aan dat de ruimte voor deze deeltjes er heel anders uitziet dan voor ons. Erg plat, namelijk.
Leven we in de projectie van een platte wereld?
Dit komt uitstekend overeen met theorieën waarin het heelal vlak na de Big Bang, toen het veel heter was dan nu (de deeltjes hadden in die tijd een energie van boven de 100 biljoen elektron-volt of eV), maar één ruimte- en een tijdsdimensie heeft. Een lijn die door de tijd beweegt, dus. Iets later, de energie per deeltje daalde tot 1 biljoen eV, zou zich een tweede dimensie hebben gevormd, waaronder ons bekende heelal met drie dimensies zou zijn ontstaan. Nu heeft de achtergrondstraling een temperatuur van drie kelvin, dit is een duizendste eV. Misschien dat ons heelal als het heel sterk af is gekoeld, nog veel meer dimensies zal tellen. Mureika en Stojkovic veronderstellen dat bij zeer lage temperaturen mogelijk het vacuüm uit elkaar zal vallen in vier ruimtedimensies en een tijdsdimensie.
Boodschappers van Platland?
De statistische verdeling van de energie van kosmische deeltjes toont aan dat ze uit een ruimte komen, die meer weg heeft van een plat vlak dan van onze driedimensionale ruimte. In hun nieuwe studie bedachten natuurkundigen Jonas Mureika en Dejan Stojkovic een nieuwe methode om uit te vinden of deze waarneming inderdaad klopt en bij zeer hoge deeltjesenergieën de ruimte inderdaad plat wordt. Deze methode gaat er vanuit dat in een tweedimensionaal, plat heelal de ruimte geen mogelijkheden voor zwaartekrachtswerking heeft, dus ook geen zwaartekrachtsgolven voorkomen. Als de gevoelige zwaartekrachtsdetectoren die nu gepland worden merken dat zwaartekrachtsgolven voorbij een bepaalde frequentiegrens niet meer voorkomen, zou dat een concreet bewijs zijn voor een tweedimensionale voorloper van ons heelal.
Eendimensionale wereld in de LHC?
In sommige varianten van de theorie worden al sporen zichtbaar van de eendimensionale wereld boven tien biljoen eV, wat binnen bereik ligt van de Large Hadron Collider. Beide onderzoekers denken dat het daarom mogelijk kan zijn in botsingen sporen te ontdekken van de wereld vlak na de Big Bang.
In het vroege heelal bestonden er volgens bepaalde theorieën geen sterren, maar enorme sterachtige objecten, “quasi-sterren”. Quasisterren wekken hun energie niet op door kernfusie, maar vermoedelijk door iets anders. Astrofysicus Warrick Ball van Cambridge bevestigde een eerdere berekening van collega Mitchell Begelman van de universiteit van Colorado in Boulder. Beide denken nu op grond van computerberekeningen dat de energiebron van quasisterren uit kleine zwarte gaten bestond, die in de loop van miljoenen jaren uitgroeiden tot monsters van duizenden zonsmassa’s.
Quasisterren: onmogelijk? Quasisterren waren (als ze bestonden) enorme bolvormige objecten van duizenden zonsmassa’s. Eigenlijk kan dat niet. De grootste stabiele ster denkbaar is een Wolf-Rayet ster van ongeveer honderdtwintig zonsmassa’s aan gas. Het meeste gas wordt weggeblazen door de zeer hoge stralingsdruk. Het restant brandt in maar enkele miljoenen jaren op (een duizendste van de levensduur van de zon). Zwaardere sterren-in-wording overschrijden de Eddingtonlimiet en exploderen vrijwel meteen als een pair-instability supernova, omdat zware atoomkernen plotseling gaan fuseren, de extreem krachtige gammastraling in de kern die dan ontstaat wordt omgezet in paren elektronen en positronen: antimaterie. Als gevolg valt de stralingsdruk wegvalt en volgt er door de enorme zwaartekracht een catastrofale ineenstorting.
Metaalarm
De reden dat quasisterren toch konden bestaan, is dat in het vroege bestaan van het heelal maar vier chemische elementen voorkwamen: 75 massaprocent waterstof, de rest helium en minieme spoortjes lithium (vrijwel alle lithium hier op aarde, dus ook in de accu van laptops, is afkomstig van de Big Bang) en beryllium.
Quasisterren zagen er ongeveer zo uit als de zon, maar dan heel veel groter en zwaarder.
Met andere woorden: de eerste metaalarme (astronomen noemen alles zwaarder dan helium een metaal) populatie-III sterren bestonden vrijwel geheel uit waterstof en helium, waardoor ze veel groter konden worden dan tegenwoordige sterren zonder direct te exploderen: er was alleen de vloeiende curve van de waterstof- en heliumfusie waardoor in een heel groot gebied kernfusie plaatsvond en zich door de stralingsdruk geen zware exploderende kern kon vormen.
Volgens de quasister-theorie werd op een gegeven moment de kern van de samentrekkende gaswolk toch zo zwaar en dicht dat deze de Chandrasekharlimiet overschreed en zich een zwart gat vormde.
Zwart gat verhit ster
Zwarte gaten doen hun naam (voor zowel onze berekeningen uitwijzen) niet bepaald eer aan. Materie die in een zwart gat valt, wordt zeer heet en valt daarom uiteen in geladen deeltjes. Geladen deeltjes die rondtollen (in dit geval: om het zwarte gat) zenden straling uit : de reden dat objecten als Cygnus X-1, de meest waarschijnlijke kandidaat voor een zwart gat, enorm sterke röntgenbronnen zijn. Dit zwarte gat verhit met deze straling het gas in het centrum, waardoor dit uit gaat zetten. Volgens berekeningen van het team astronomen is het gevolg, dat de gasbol er van buiten uit zie als een uit de kluiten gewassen ster, zo groot dat ons complete zonnestelsel plus Kuipergordel er in zou passen, met een kleur van die van de zon van rond de duizend zonsmassa’s. Hoe groter het zwarte gat, hoe vraatzuchtiger en hoe meer energie er vrij komt. Op een gegeven moment wordt de omgeving rond het zwarte gat zo heet, dat de gasschil weg wordt geblazen en het zwarte gat zelf zichtbaar wordt. Volgens de berekening van de onderzoekers gebeurt dit na ongeveer een miljoen jaar.
Dwergstelsels
Met dit mechanisme denken ze te kunnen verklaren hoe de superzware zwarte gaten in het centrum van de eerste melkwegstelsels zich vormden. Deze trokken vervolgens de materie in de buurt aan en concentreerden deze tot de eerste melkwegstelsels. Deze oermelkwegstelsels waren overigens veel kleiner dan onze Melkweg: het ging hier om dwergstelsels zoals de Magelhaense Wolken en Omega Centauri die zich in de loop van miljarden jaren samenvoegden tot de imposante melkwegstelsels van nu. Ook de zwarte gaten slokten elkaar op tot de monsters van miljarden zonsmassa’s van nu.
Op het eerste gezicht lijken de zonnestelsels van witte dwergen, de witgloeiende resten van zonachtige sterren, niet bepaald de meest geschikte plaats om een aardachtige planeet te herbergen. Echter, schijn bedriegt, zegt astronoom Eric Agol.
Wat zijn witte dwergen? Gedurende hun lange leven smelten sterren als de zon hun waterstof geleidelijk om tot helium, waarbij gigantische hoeveelheden energie vrijkomen: per gram waterstof voldoende voor ongeveer een eeuw elektriciteitsgebruik van een klein gezin.
Een witte dwerg (midden) is veel kleiner dan de zon (rechts) maar veel heter.
Na enkele miljarden jaren (bij de zon: nog vijf miljard jaar, dus sluit je nog niet aan bij een doomsday sekte) is de waterstof op en vormt zich een enorme rode reus (stel je voor: de zon die de aarde opslokt), die na miljoenen jaren door een grote explosie zijn roodgloeiende mantel afstoot.
Deze vormt een vaak spectaculaire planetaire nevel, terwijl de witgloeiende kern achterblijft.
De materie in deze kern is extreem dicht en wordt elektronenvloeistof genoemd, omdat door de enorme zwaartekracht atomen niet meer bestaan en atoomkernen en elektronen door elkaar zwerven. Een theelepeltje elektronenvloeistof heeft een massa van duizend kilogram: witte dwergen zijn ongeveer zo groot als de aarde maar bevatten de massa van een ster. Ze zijn zeer heet: tienduizenden graden, maar kennen in verhouding tot hun massa een heel klein oppervlak, waardoor ze in verhouding toch weinig energie uitstralen.
De rode-reusfase met daarna de grote explosie die de stermantel wegblaast, laat voorzover we weten weinig heel van planetenstelsels. Planeten dicht bij de ster worden door de rode reus opgeslokt of drooggekookt. Planeten die dit overleven, krijgen door de eindexplosie een stevige dreun. Kortom: niet bepaald een prettige omgeving voor leven.
De bewoonbare zone van een witte dwerg is heel klein, maar blijft wel miljarden jaren behaaglijk.
Echter: zodra de witte dwerg zich eenmaal heeft gevormd,ontstaat een stabiele zone waarin leven zich kan ontwikkelen en die volgens berekeningen van astronoom Eric Agol van de universiteit van Washington,ongeveer drie miljard jaar in staat blijft om leven te onderhouden.
Het gaat om planeten die zeer dicht bij hun ster staan: 0,3 tot 1,5 miljoen kilometer, een honderdste AE (een AE is de afstand aarde-zon) of één tot vier keer de afstand aarde-maan.
Door de enorme getijdekrachten verliest een dergelijke planeet al snel zijn draaiing en kent hij een eeuwige dag, waarbij de zon altijd op dezelfde plaats van de hemel staat. De nachtzijde zal bedekt zijn met dikke lagen ijs. Een jaar zou een dag of zelfs maar enkele uren duren.
Astronomen op deze wereld zouden dus de bittere koude van de nachtzijde moeten trotseren en goede volgkijkers moeten bouwen.
De planeet zou volgens berekeningen van Agol ongeveer drie miljard jaar bewoonbaar blijven. Het leven op aarde is veel sneller ontstaan, dus in principe zou een dergelijke planeet leven moeten kunnen ontwikkelen. Naarmate de witte dwerg afkoelt, zal de planeet langzamerhand bevriezen.
Agol denkt dat planeten rond een witte dwerg redelijk eenvoudig te vinden zijn, omdat witte dwergen zo groot zijn als een aardachtige planeet en dus een bedekking door een planeet de lichtintensiteit snel zal laten verminderen. Wel vereist het bestaan van een planeet zo dicht bij het hart van een voormalige ster (om een indruk te geven: als de aarde op die afstand van de zon zou staan, zou de zon een kwart van de hemel in beslag nemen) de migratie van een ver weg staande planeet die de rode-reus fase overleefd heeft.
Een uiterst zeldzame gebeurtenis, astrofysisch gesproken, maar niet onmogelijk. In ons eigen zonnestelsel verklaart het migreren van planeten volgens sommigen de merkwaardige rotatie van ijsreus Uranus.
