Besitzt die protoplanetare Scheibe genug radioaktive Elemente wie etwa Aluminium-26, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass lebensfreundliche Planeten entstehen.
Zürich/Bern – Wasser gilt als eine der Hauptzutaten jener Mischung, aus der letztlich das Leben auf der Erde hervorgegangen ist. Doch zu viel des kostbaren H2O hätte unsere Heimat im All möglicherweise in eine unwirtliche, tote Ozeanwelt verwandelt. Dass dies doch nicht geschehen ist, dafür könnte eine nahe Supernova verantwortlich gewesen sein. Internationale Wissenschafter schließen aus einer Simulation, dass radioaktive Elemente aus einer benachbarten Sternenexplosion während der Geburt unseres Sonnensystems die "Bauelemente" der Erde weitgehend trockneten, ehe sie sich zusammenballten.
Ein kilometertiefer globaler Ozean, auf dessen Grund sich eine undurchdringliche Eisschicht befindet: So hätte die Erde womöglich ausgesehen, hätte sie während ihrer Geburt einen höheren Wasseranteil besessen. Derartige Bedingungen hätten letztlich geochemische Zyklen wie den Kohlenstoffkreislauf verhindert, die das Klima stabilisieren und so Umstände schaffen, die das Leben, wie wir es kennen, begünstigen.
Wasserreiche Planetesimale
Dass es nicht soweit gekommen ist, könnte dem Tod eines anderen Sterns zu verdanken sein. Ein Forschungsteam der ETH Zürich und der Universitäten Bern, Oxford, Bayreuth und Michigan hat mit Computermodellen nachgestellt, wie es zum lebensfreundlichen Wasseranteil der Erde kam. Dabei simulierten die Forscher um Tim Lichtenberg die Entstehung von Planeten aus deren Bausteinen, den sogenannten Planetesimalen – Brocken aus Gestein und Eis mit einem Durchmesser von wahrscheinlich ein paar Dutzend Kilometern. Diese Planetesimale bilden sich bei der Geburt eines Planetensystems in einer Staub- und Gasscheibe um den Stern und wachsen zu Planetenembryos heran.
"Man geht zurzeit davon aus, dass die Erde den größten Teil ihres Wassers von diesen teils wasserreichen Planetesimalen geerbt hat", erklärt Lichtenberg. "Aber wenn ein terrestrischer Gesteinsplanet viel Material von jenseits der sogenannten Schneegrenze sammelt, erhält er viel zu viel Wasser." Werden diese Planetesimale allerdings von innen aufgeheizt, so verdampft ein Teil des ursprünglichen Wassereises und entweicht ins Weltall, bevor es an den Planeten abgegeben werden kann.
Trocknendes Aluminium-26
Die Wissenschafter vermuten aufgrund der Berechnungen, dass genau dies kurz nach der Geburt unseres Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren geschehen sein könnte. Als sich die Proto-Sonne bildete, ereignete sich in der kosmischen Nachbarschaft eine Supernova. In diesem explodierenden Stern wurden radioaktive Elemente einschließlich Aluminium-26 (Al-26) gebildet und in unser junges Sonnensystem gleichsam injiziert, entweder durch heftige Sternwinde oder den Supernova-Ausstoß des sterbenden, massereichen Sterns.
Beim Zerfall von Al-26 werden die Planetesimale von innen aufgeheizt, was sie in weiterer Folge ausgetrocknet hat. In ihren Computermodellen konnten die Forscher nun zeigen: Kommt Al-26 bei der Geburt eines Planetensystems in Mengen vor wie bei unserem oder noch häufiger, so werden die Planetesimale durch diese Heizung systematisch dehydriert, bevor sie in Planetenembryos eingebaut werden.
Zwei Arten von Planetensystemen
"Die Ergebnisse unserer Simulationen deuten also darauf hin, dass es zwei qualitativ unterschiedliche Arten von Planetensystemen gibt", erklärt Lichtenberg. "Auf der einen Seite solche ähnlich wie das Sonnensystem, deren Planeten nur wenig Wasser aufweisen. Auf der anderen Seite gibt es diejenigen, in denen in erster Linie Ozeanwelten entstehen, weil bei der Bildung kein massereicher Stern in der Nähe, und damit kein Al-26 vorhanden, war." Die Anwesenheit von Al-26 während der Bildung der Planetesimale könnte damit einen entscheidenden Unterschied bei der Anreicherung mit Wasser machen.
Die nun im Fachjournal "Nature Astronomy Letters" veröffentlichten Ergebnisse könnten künftigen Weltraumteleskopen auf der Jagd nach extrasolaren Planeten dabei helfen, mögliche Spuren und Unterschiede in der Planetenzusammensetzung zu finden. Deshalb warten die Wissenschafter auch gespannt auf bald startende Raumfahrtmissionen, mit denen erdgroße Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems untersucht werden können. Diese werden vielleicht auch Antworten auf die Frage liefern, ob unser Heimatplanet einzigartig ist, oder ob es praktisch unendlich viele Welten wie unsere eigene gibt. (red, 15.2.2019)