Um Leben zu beherbergen, zumindest wie wir es kennen, muss ein Planet einen Stern umkreisen, der relativ ruhig und stabil ist. Die Umlaufbahn des Planeten muss außerdem nahezu kreisförmig sein, damit der Planet das ganze Jahr über eine ähnliche Wärme erfährt. Und es darf nicht zu heiß sein, damit kein Oberflächenwasser verkocht; nicht zu kalt, damit das Wasser nicht im Eis eingeschlossen bleibt; aber genau richtig, damit Flüsse und Meere flüssig bleiben.

Diese Eigenschaften definieren eine „habitable Zone“ um Sterne – verlockende Ziele für die Suche nach lebensfreundlichen Exoplaneten. Aber Wissenschaftler unterziehen zunehmend die gesamte Galaxie einer ähnlichen Untersuchung. So wie Kontinente mit unterschiedlichen Biosphären eine unterschiedliche Flora und Fauna beherbergen, könnten verschiedene Regionen der Galaxie unterschiedliche Populationen von Sternen und Planeten beherbergen. Die turbulente Geschichte der Milchstraße bedeutet, dass nicht alle Ecken der Galaxie gleich sind und dass nur einige galaktische Regionen möglicherweise genau richtig für die Entstehung von Planeten sind, von denen wir glauben, dass sie bewohnt sein könnten.

Während Exoplaneten-Wissenschaftler ihre Ideen darüber verfeinern, wo sie nach außerirdischem Leben suchen sollen, denken sie nun über den Ursprung eines Sterns und seiner Umgebung nach, sagte er Jesper Nielsen, ein Astronom an der Universität Kopenhagen. Neue Simulationen sowie Beobachtungen von Satelliten, die nach Planeten suchen und Millionen von Sternen überwachen, zeichnen ein Bild davon, wie verschiedene galaktische Nachbarschaften – und vielleicht sogar verschiedene Galaxien – Planeten unterschiedlich bilden.

„Das wiederum kann uns helfen, besser zu verstehen, wohin wir unsere Teleskope richten müssen“, sagte Nielsen.

Galaktische Geographie

Heute die Milchstraße hat eine komplizierte Struktur. Sein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch ist von der „Ausbuchtung“ umgeben, einer dicken Sternenmasse, in der sich einige der ältesten Bewohner der Galaxie befinden. Die Ausbuchtung ist von der „dünnen Scheibe“ umgeben, der Struktur, die man in einer klaren, dunklen Nacht über sich winden sieht. Die meisten Sterne, einschließlich der Sonne, befinden sich in den Spiralarmen der dünnen Scheibe, die von einer breiteren „dicken Scheibe“ mit älteren Sternen umgeben sind. Und ein diffuser, meist kugelförmiger Halo aus dunkler Materie, heißem Gas und einigen Sternen umhüllt die gesamte Architektur.

Seit mindestens zwei Jahrzehnten fragen sich Wissenschaftler, ob die bewohnbaren Bedingungen zwischen diesen Strukturen variieren. Die erste Studie zur galaktischen Bewohnbarkeit stammt aus dem Jahr 2004 durch die australischen Wissenschaftler Charles Lineweaver, Yeshe Fenner und Brad Gibson modellierte die Geschichte der Milchstraße und untersuchte damit, wo bewohnbare Zonen zu finden sein könnten. Sie wollten wissen, welche Wirtssterne über genügend schwere Elemente (wie Kohlenstoff und Eisen) verfügten, um Gesteinsplaneten zu bilden, welche Sterne es schon lange genug gab, um komplexes Leben zu entwickeln, und welche Sterne (und alle sie umkreisenden Planeten) vor benachbarten Supernovaen sicher waren. Am Ende definierten sie eine „galaktische bewohnbare Zone“, eine ringförmige Region, deren Loch sich im Zentrum der Galaxie befindet. Die innere Grenze der Region beginnt etwa 22,000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und ihre äußere Grenze endet etwa 29,000 Lichtjahre entfernt.

In den zwei Jahrzehnten seitdem hätten Astronomen versucht, die Variablen, die sowohl die Stern- als auch die Planetenentwicklung innerhalb der Galaxie steuern, genauer zu definieren, sagte er Kevin Schlaufmann, ein Astronom an der Johns Hopkins University. Er sagte zum Beispiel, dass Planeten in staubigen Scheiben entstehen, die neugeborene Sterne umgeben, und vereinfacht ausgedrückt: „Wenn eine protoplanetare Scheibe viel Material enthält, aus dem Gesteine ​​entstehen können, dann werden daraus mehr Planeten entstehen.“

Einige Regionen der Galaxie sind möglicherweise dichter mit diesen Planeten erschaffenden Zutaten besiedelt als andere, und Wissenschaftler arbeiten nun daran zu verstehen, welchen Einfluss galaktische Nachbarschaften auf die Planeten haben, die sie beherbergen.

Hier sind Exoplaneten

Unter den rund 4,000 bekannten Exoplaneten gibt es bisher nur wenige Regeln, welche Planetentypen wo leben; keine Sternensysteme sehen unserem eigenen sehr ähnlich, und die meisten von ihnen tun es nicht einmal sehen einander sehr ähnlich.

Nielsen und seine Kollegen wollten wissen, ob sich Planeten in der dicken Scheibe, der dünnen Scheibe und dem Halo der Milchstraße möglicherweise unterschiedlich bilden. Im Allgemeinen enthalten Sterne mit dünner Scheibe mehr schwere Elemente als Sterne mit dicker Scheibe, was bedeutet, dass sie aus Wolken entstanden sind, die möglicherweise auch mehr Bestandteile zur Planetenbildung enthalten. Anhand von Daten des Sternverfolgungssatelliten Gaia der Europäischen Weltraumorganisation trennten Nielsen und seine Kollegen zunächst Sterne anhand ihrer Häufigkeit bestimmter Elemente. Dann simulierten sie die Planetenentstehung unter diesen Populationen.

Ihre Simulationen, das sie im Oktober veröffentlichten, zeigte, dass Gasriesenplaneten und Supererden – die häufigste Art von Exoplaneten – in der dünnen Scheibe häufiger wuchsen, wahrscheinlich weil diese Sterne (wie erwartet) mehr Baumaterial zur Verfügung haben, mit dem sie arbeiten können. Sie fanden auch heraus, dass jüngere Sterne mit schwereren Elementen tendenziell mehr Planeten beherbergen und dass Riesenplaneten häufiger vorkommen als kleinere Planeten. Im Gegensatz dazu gab es in der dicken Scheibe und im Halo nahezu keine Gasriesen.

Schlaufman, der nicht an der Arbeit beteiligt war, sagte, die Ergebnisse seien sinnvoll. Die Zusammensetzung des Staubs und Gases, aus dem Sterne entstehen, ist entscheidend dafür, ob Sterne Planeten bilden. Und obwohl diese Zusammensetzung je nach Standort variieren könne, argumentierte er, dass der Standort zwar die Voraussetzungen für die Entstehung der Welt eines Sterns schaffen, aber möglicherweise nicht das Endergebnis bestimmen könne.

Nielsens Simulationen sind theoretisch, aber einige aktuelle Beobachtungen stützen seine Ergebnisse.

Im Juni ergab eine Studie unter Verwendung von Daten des Planetenjagd-Weltraumteleskops Kepler der NASA, dass Sterne in der dünnen Scheibe der Milchstraße dies getan haben mehr Planeten, insbesondere Supererden und Welten in der Größe von Sub-Neptun, als Sterne in der dicken Scheibe. Eine Erklärung, sagte Jessie Christiansen, ein Exoplanetenforscher am California Institute of Technology und Co-Autor der Studie, geht davon aus, dass alte, dicke Scheibensterne möglicherweise entstanden sind, als die Zutaten für die Planetenbildung spärlich waren, bevor Generationen sterbender Sterne den Kosmos mit dem Gebäude besiedelten Blöcke von Welten. Oder vielleicht wurden die dicken Scheibensterne in dichten Umgebungen mit hoher Strahlung geboren, in denen Turbulenzen verhindern, dass Babyplaneten überhaupt zusammenwachsen.

Planeten könnten in offenen Gebieten wie den Vororten besser abschneiden als in dicht besiedelten „städtischen“ Gebieten, sagte Christiansen. Unsere Sonne befindet sich in einer solchen dünn besiedelten Vorstadtzone.

Andere Erden

Christiansens Durchmusterungen und Nielsens Simulationen gehören zu den ersten, die das Vorkommen von Planeten als Funktion der galaktischen Nachbarschaft untersuchten; Vedant Chandra, ein Astronom am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, bereitet sich darauf vor, einen Schritt weiter zu gehen und zu untersuchen, ob die Planetenentstehung in einigen der Galaxien, die die Milchstraße während ihres Wachstums verschlungen hat, anders gewesen sein könnte. Nielsen hofft, dass fein abgestimmte Untersuchungen und Instrumente wie das kommende römische Weltraumteleskop Nancy Grace der NASA uns in Zukunft dabei helfen werden, die Planetenentstehung auf die gleiche Weise zu verstehen, wie Demografen Populationen verstehen. Können wir vorhersagen, welche Sterntypen welche Planetentypen beherbergen werden? Ist es wahrscheinlicher, dass sich in bestimmten Gegenden Erden bilden? Und wenn wir wissen, wo wir suchen müssen, finden wir dann etwas, das auf uns zurückblickt?

Wir wissen, dass wir in einer bewohnbaren Zone leben, in einer Welt, die einen ruhigen Stern umkreist. Aber wie und wann und warum das Leben auf der Erde begann, ist die größte Frage in jedem Bereich der Wissenschaft. Vielleicht sollten Wissenschaftler auch über die Entstehungsgeschichte unseres Sterns nachdenken und sogar über die Entstehungsgeschichte der Sternvorfahren, die vor Milliarden von Jahren unsere Ecke der Milchstraße geformt haben.

„War das Leben auf der Erde unvermeidlich? War es etwas Besonderes?“ Fragte Chandra. „Erst wenn Sie anfangen, dieses globale Bild zu haben … können Sie beginnen, Fragen wie diese zu beantworten.“