Hoeveel buitenaardse beschavingen kan de Melkweg bevatten?

In ons sterrenstelsel is er geen gebrek aan ‘onroerend goed’: rond ongeveer de helft van alle sterren ter grootte van de zon draaien aardachtige planeten die potentieel levensvatbaar zijn, blijkt uit een nieuwe analyse.

Gepubliceerd 4 nov. 2020 16:38 CET, Geüpdatet 5 nov. 2020 06:20 CET
In deze illustratie is Kepler-186f uitgebeeld, de eerste bevestigde planeet ter grootte van de aarde waarvan ...

In deze illustratie is Kepler-186f uitgebeeld, de eerste bevestigde planeet ter grootte van de aarde waarvan de omloopbaan zich binnen de ‘levensvatbare zone’ rond zijn verafgelegen ster bevindt. Die zone valt binnen het bereik waarin water in vloeibare vorm op het oppervlak van de planeet stroomt of zich in meren of zeeën heeft verzameld.

Foto van Illustratie NASA AMES/JPL-CALTECH/T. Pyle

Goed nieuws voor speurders naar buitenaards leven: verspreid door de hele Melkweg zijn er ruim driehonderd miljoen werelden waar de omstandigheden vergelijkbaar zijn met die op aarde. In een nieuwe analyse wordt geconstateerd dat rond ongeveer de helft van de sterren in de Melkweg die zo groot zijn als onze zon rotsachtige werelden draaien en dat ze dat doen in de zogenaamde levensvatbare zone, daar waar water in vloeibare vorm op het oppervlak van deze werelden kan stromen of zich daar in meren of zeeën kan hebben verzameld.

“Dit is het wetenschappelijke resultaat waar we allemaal op hebben gewacht,” zegt Natalie Batalha, een astronome van de University of California in Santa Cruz en een van de auteurs van de nieuwe studie, waarvan een voorlopige versie is gepubliceerd door het Astronomical Journal.

In de nieuwe analyse wordt nader ingegaan op een belangrijke variabele in de beroemde Vergelijking van Drake. Die formule werd in 1961 opgesteld door mijn vader, Frank Drake, en vormt het kader waarin het aantal waarneembare beschavingen in de Melkweg kan worden berekend. De eerste paar variabelen van de vergelijking – waaronder het tempo waarin sterren ter grootte van de zon worden gevormd, het gedeelte van die sterren dat planeten heeft en het aantal levensvatbare werelden per stersysteem – zijn nu bekend.

Het percentage sterren ter grootte van de zon waaromheen aardachtige planeten draaien, “had heel goed één op de duizend of één op de miljoen kunnen zijn – niemand die dat eigenlijk wist,” zegt Seth Shostak, astronoom aan het instituut Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI); Shostak was niet betrokken bij de nieuwe analyse.

Op basis van gegevens die zijn vergaard door de ruimtetelescoop Kepler, waarmee de NASA negen jaar lang op exoplaneten heeft gejaagd, konden astronomen een schatting maken van het totale aantal van dit soort aardachtige planeten in de Melkweg. Kepler speurde naar sterren die een korte dip in hun helderheid vertonen, wat erop wijst dat er één of meerdere planeten rond zo’n ster draaien en op gezette tijden het licht van hun thuisster gedeeltelijk blokkeren. Tegen het einde van zijn missie, in 2018, had Kepler zo’n 2800 exoplaneten gespot, waarvan er vele helemaal niet leken op de planeten van ons zonnestelsel.

Maar het hoofddoel van Kepler was vanaf het begin het vinden van een antwoord op de vraag hoe wijdverbreid aardachtige planeten in de Melkweg zijn. Voor die berekening werd de hulp ingeroepen van de ESA-telescoop Gaia, die sterren in de hele Melkweg observeert. Dankzij de waarnemingen van Gaia konden wetenschappers eindelijk vaststellen dat ons sterrenstelsel honderden miljoenen aardachtige planeten rond sterren ter grootte van de zon telt – en dat de dichtstbijzijnde van deze exoplaneten zich op een afstand van minder dan twintig lichtjaar van de zon bevindt.

Steeds dichterbij

In de Vergelijking van Drake wordt aan de hand van zeven variabelen geschat hoeveel waarneembare beschavingen de Melkweg zou kunnen bevatten. Daarbij wordt rekening gehouden met factoren als het aantal sterren ter grootte van onze zon dat zonnestelsels heeft en het aantal levensvatbare planeten in die systemen. Vervolgens wordt gekeken naar het aantal keren dat er daadwerkelijk leven op deze levensvatbare werelden ontstaat en naar het aantal keren dat zulke levensvormen uiteindelijk tot beschavingen uitgroeien die voor ons waarneembare technologieën gebruiken. In zijn oorspronkelijke vorm berustte de Drake-formule op de aanname dat technologisch voortgeschreden aliens zich alleen op planeten zouden ontwikkelen die rond sterren ter grootte van onze zon draaien.

“Als astronomen het hebben over de speurtocht naar zulke planeten, hebben ze het eigenlijk over de Vergelijking van Drake, toch?” zegt Jason Wright, een astronoom van de Pennsylvania State University die onderzoek doet naar potentieel levensvatbare werelden maar niet bij de nieuwe analyse was betrokken. “Daar denken we allemaal aan als we dit soort schattingen doen.”

Wetenschappers hadden ruim een halve eeuw nodig om een begin te maken met het schatten van het aantal planeten dat potentieel geschikt is voor levensvormen. In 1961 wisten ze nog niets van planeten die om andere sterren dan onze zon draaien, en hoewel uit theorieën over planeetvorming kon worden opgemaakt dat er exoplaneten konden bestaan, was er nog nooit zo’n planeet waargenomen. Maar in de laatste tien jaar is duidelijk geworden dat exoplaneten heel gebruikelijk zijn en dat er in de Melkweg meer planeten dan sterren zijn: gemiddeld draait er om bijna elke ster minstens één planeet.

Dat besef was “echt een grote stap voorwaarts,” zegt Wright. “Het maakte duidelijk dat er heel veel plekken bestaan waar leven kan zijn ontstaan zoals wij dat kennen.” Maar de volgende factor in de Drake-formule – het aantal levensvatbare werelden per zonnestelsel – was lastiger om te berekenen, zegt Batalha.

Werelden als de aarde

Kepler wist afgelegen werelden te spotten door te speuren naar dips in de helderheid van een ster als gevolg van één of meerdere planeten die voor hun thuisster langs kruisen en daarbij een gedeelte van het sterrenlicht blokkeren. Op basis van de hoeveelheid licht die wordt geblokkeerd en op het aantal keren dat dat gebeurt, kunnen wetenschappers berekenen hoe groot de planeet is en hoelang hij over zijn omloopbaan rond de ster doet. Dankzij deze methode kon Kepler duizenden exoplaneten in alle soorten en maten spotten. Maar de ware speurtocht draaide om de vraag hoeveel aardachtige planeten – gematigde, rotsachtige werelden die rond een ster ter grootte van onze zon draaien – er in de Melkweg voorkomen.

In eerdere schattingen werd ervan uitgegaan dat misschien rond twintig procent van zulke sterren om een aardachtige wereld zou cirkelen. Maar we weten nu dat het eerder om vijftig procent gaat, en misschien wel meer.

“Dat is hoger dan ik dacht. Ik zei altijd dat het 20 à 25 procent was, maar dit resultaat is een heel aangename verrassing,” zegt Batalha. “Gemiddeld heeft dus één op de twee sterren ter grootte van de zon een potentieel levensvatbare planeet om zich heen draaien.”

Bij het berekenen van het percentage stuitten de wetenschappers op enkele onvoorziene obstakels. Zo bleken de sterren die Kepler observeerde actiever dan ze hadden gedacht: deze sterren produceerden signalen die hetzij leken op de ‘handtekening’ van een voorlangs passerende planeet of verstoorden dit soort signalen. Ook de ruimtetelescoop zelf was veeleisend: Kepler moest geregeld worden bijgestuurd, wat de observaties compliceerde – vooral nadat enkele onderdelen die voor Keplers trillingsvrije blik zorgden, begonnen te haperen.

Om hun berekening te voltooien, combineerden Batalha en haar collega’s de gegevens van Kepler met die van Gaia, die één miljard sterren in de omgeving van de zon bestudeert. De astronomen identificeerden een aantal Kepler-exoplaneten die de helft tot anderhalf keer zo groot waren als de aarde: waarschijnlijk hemellichamen die eerder rotsachtig dan gasvormig zijn. Met behulp van Gaia wisten ze vervolgens de temperatuur en omvang van de sterren te meten waaromheen deze aardachtige planeten draaiden.

In plaats van de potentiële levensvatbaarheid van een planeet te baseren op zijn afstand tot een thuisster, berekende het team de hoeveelheid energie die de planeet van die ster ontving. Op basis daarvan selecteerde het team die werelden waar de temperatuur niet te hoog en niet te laag was om de aanwezigheid van water in vloeibare vorm op het oppervlak van de planeet onmogelijk te maken.

Toen het team eenmaal een steekproef van enkele bekende rotsachtige en gematigde werelden rond sterren ter grootte van onze zon had genomen, was het in staat om te schatten hoeveel van deze planeten er in de hele Melkweg voorkomen. Daarbij bleek dat er in de Melkweg een gematigde, aardachtige planeet rond 37 à 60 procent van alle sterren ter grootte van de zon draait. En als de astronomen een wat ruimere definitie hanteerden van de hoeveelheid energie die nodig was voor zo’n gematigde wereld, dan cirkelde er zelfs een aardachtige planeet rond 58 à 88 procent van alle sterren ter grootte van de zon.

Uiteraard zijn er nog talloze andere factoren die bepalen of een potentieel levensvatbare wereld ook leven voortbrengt. Planetaire eigenschappen als een magneetveld, een atmosfeer, de hoeveelheid water en platentektoniek spelen allemaal een rol, en al die factoren zijn moeilijk waar te nemen op deze kleine werelden die zich op enorme afstanden van de aarde bevinden.

Desalniettemin “zorgt deze analyse ervoor dat we beter kunnen inzoomen op het precieze aantal werelden waarop leven mogelijk is,” zegt Wright. “Toen ze berekenden hoe dichtbij zo’n planeet zich ten opzichte van de aarde zou kunnen bevinden, kwamen ze uit in onze kosmische achtertuin.” De dichtstbijzijnde aardachtige planeet rond een ster ter grootte van de zon bevindt zich op een afstand van minder dan twintig lichtjaar, terwijl vier van zulke planeten zich op minder dan 33 lichtjaar bevinden.

Van levensvatbaar tot intelligent

Nu de astronomen eenmaal een goed beeld hebben van het aantal aardachtige werelden waarmee de Melkweg is bezaaid, kunnen ze de rest van de variabelen in de Vergelijking van Drake afwerken. Veel van de resterende factoren zijn moeilijk in te vullen, waaronder de cruciale vraag hoe vaak buitenaardse levensvormen technologieën ontwikkelen die wij zouden kunnen waarnemen en hoe lang zulke beschavingen vervolgens waarneembaar zouden blijven.

Ook is er nog geen antwoord op de vraag of sterren die niet op onze zon lijken, meegerekend zouden moeten worden, gezien het feit dat er meerdere aardachtige werelden zijn ontdekt die rond veel kleinere en koelere sterren draaien. En misschien zouden we ook naar andere hemellichamen dan planeten moeten kijken, want hoewel veel van de door Kepler gespotte werelden grote gasreuzen zijn, “zouden die beboste manen als Endor” uit Star Wars kunnen hebben, zegt Wright. “Of als Pandora, zoals in Avatar.”

Astronomen zijn inmiddels tergend dichtbij de invulling van de volgende variabele in de Drake-formule: het gedeelte van de potentieel levensvatbare werelden waarop zich daadwerkelijk levensvormen ontwikkelen. Naarmate het zonnestelsel steeds verder wordt verkend, ontdekken we dat de lijst van levensvatbare locaties steeds langer en diverser wordt. Werelden als Mars of Europa, een ijsmaan van Jupiter, zouden microbieel leven kunnen herbergen, en zelfs in de giftige wolken van Venus zouden levensvormen kunnen rondzweven.

“Als het leven zich meerdere keren in het zonnestelsel heeft ontwikkeld, dan heb je die variabele zo uitgerekend,” zegt Wright.

Als we slechts één voorbeeld van buitenaards leven vinden, dan betekent het dat biologische ontwikkeling geen kosmische toevalstreffer is maar eerder een zeer waarschijnlijk resultaat van een specifieke combinatie van ingrediënten. En gezien de enorme hoeveelheid aan levensvatbaar onroerend goed in de kosmos, denken veel astronomen dat buitenaards leven eigenlijk onvermijdelijk is.

Maar de laatste variabele in de Vergelijking van Drake – het antwoord op de vraag of de aarde de enige plek in de Melkweg is waar zich een technologisch voortgeschreden beschaving heeft ontwikkeld – zal pas worden ingevuld als we, in de woorden van mijn vader, het geroezemoes van buitenaardse werelden opvangen.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer