Så langt vi vet trenger utenomjordisk liv steinete planeter å leve av. De tidligste slike planeter kan ha vært fulle av karbon, med tidlige livsformer som dukket opp på verdener med lag med diamant under skorpene og kullsvarte overflater.
En fersk studie av Natalie Mashian og Avi Loeb ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics så på dannelsen av planeter rundt karbonforsterkede metallfattige stjerner (CEMPs). Denne typen stjerner dannet sannsynligvis i det tidlige universet, rett etter at den første generasjonen av massive stjerner hadde brent sitt kjernebrensel og eksplodert som supernovaer. Hvis det er planeter rundt slike stjerner, betyr det at livet kunne ha dukket opp i universet i løpet av et par hundre millioner år etter Big Bang, for 13, 8 milliarder år siden. Tidligere studier antydet at det kan ha tatt lengre tid; det eldste eksoplanetsystemet som ennå er oppdaget, Kepler 444, omgir en stjerne som er omtrent 11, 2 milliarder år gammel.
Elementer som jern og silisium blir vanligvis sett på som essensielle for å lage planeter, fordi de danner støvkorn som større kropper kan danne seg gjennom gravitasjonsakskresjon. Til og med hydrogenrike gassgiganter som Jupiter startet fra et slikt "frø." Imidlertid har CEMP-er ikke så mange tunge elementer som jern som solen vår, bare hundretusener så mye som sier noe siden solen bare er 0, 003 prosent jern. Så hvis CEMP-er hovedsakelig dannes fra skyer av gass og støv av karbon, oksygen og nitrogen, er et spørsmål om planeter som Jorden, med faste overflater, kan dannes.
Mashian og Loeb antyder at planeter faktisk kan anskaffe seg i en slik tåke, og derfor rundt CEMPs. Astronomer kan finne dem med noen av de nyeste romteleskopene og fremtidige instrumenter, for eksempel James Webb romteleskopet når de kommer på nettet. "Metodene er de samme [som for tidligere eksoplanettoppdrag], " sa Loeb til Smithsonian.com. "Du vil se etter planeter som transiterer stjernene deres."
I studien deres modellerte Mashian og Loeb avstandene fra CEMP-er som planetene ville danne, og hvor store de sannsynligvis vil være. Slike planeter ville ha lite jern og silisium, elementene som utgjør en stor del av jorden. I stedet ville de være rikere på karbon. De fant ut at den maksimale størrelsen vil ha en tendens til å være omtrent 4, 3 ganger jordens radius. En karbonplanet ville, ifølge studien, også tillatt at det dannes mye hydrokarbonmolekyler på overflaten, forutsatt at temperaturen ikke er for høy. Og en hvilken som helst planet med en masse på mindre enn 10 ganger jordens størrelse, vil vise mye karbonmonoksid og metan i atmosfæren, sier studien.
I en tåke rik på lettere elementer la han til at det også sannsynligvis er vann, en annen nøkkelkomponent i en biosfære. "Selv med lave oksygennivåer pleier hydrogen å kombinere seg med det og lage vann, " sa han. Så en karbonplanet kan ha vann til stede. Loeb sa i en uttalelse at siden livet i seg selv er karbonbasert, er det godt for utseendet til levende ting.
CEMP-er er så dårlige i tyngre elementer fordi de ble bygget fra restene av de første stjernene som dukket opp i universet - Behemoths med hundrevis av solens masse. En massiv stjernekjerne er som en løk. De tyngste elementene som skapes av kjernefusjon er mot sentrum - jernet, magnesium og silisium er i de innerste lagene, mens karbon, oksygen og noe gjenværende helium og hydrogen er i de ytre. Loeb sa at mye av materialet i de indre lagene - de tyngre elementene - vil falle tilbake i det sorte hullet som dannes etter at stjernen blir en supernova. I mellomtiden blir de lettere elementene kastet ut i verdensrommet for å danne nye stjerner. Disse stjernene, som dannes fra gassene som var igjen fra den første, ville være dårlige i metaller som jern, men karbonrike - CEMP-ene.
Det er først senere, når mindre massive stjerner eldes og eksploderer som supernovaer, at de tyngre metaller kan komme ut. En stjerne under 25 solmasser vil kollapse i en nøytronstjerne eller ende opp som en hvit dverg. I motsetning til svarte hull har nøytronstjerner og hvite dverger ikke rømningshastigheter raskere enn lys, så supernovaeksplosjonen er mye mer sannsynlig å spre jernet fra stjernens kjerne. Derfor har stjerner som solen så mye jern som de gjør, og hvorfor jorden har enda tyngre elementer.
Hvorvidt slike planeter har liv eller ikke, er likevel et åpent spørsmål. Selve studien er det mer opptatt av å få planetene til å danne seg i utgangspunktet, som er et essensielt skritt for livet. "Min kandidatstudent [Mashian] er konservativ, " sa Loeb. For å se tegn på liv, må man se atmosfære av planetene det gjelder. Målet ville være signaturen til oksygen, som mangler på en måte å fylle den på, vil forsvinne fra en planetens atmosfære når den reagerer med overflatefjell. På jorden lages oksygenet av planter som tar opp karbondioksid. Aliens som ser på vår egen planeters atmosfære, ville merke at noe var i orden.
Å se de atmosfærene - forutsatt at planetene i seg selv er funnet - vil trolig kreve kraftigere teleskoper enn det som er tilgjengelig nå. "[James Webb-romteleskopet] kan gjøre det marginalt for de nærmeste stjernene, " sa han. "Men CEMP-er er ti ganger lenger unna."
