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Supercomputer zeigt, wo es im Universum am lebensfreundlichsten ist
Nicht jede Galaxie bietet gleich gute Voraussetzungen für dauerhaft lebensfreundliche Planeten. Eine neue kosmologische Simulation zeigt, dass Galaxien von der Größe der Milchstraße besonders effizient lebensfreundliche Umgebungen hervorbringen und bewahren. Unsere Galaxie liegt damit in einem günstigen Bereich, auch wenn das Modell weder außerirdisches Leben nachweist noch dessen Entstehungswahrscheinlichkeit bestimmen kann.
Penrith (Australien). Für Leben genügt es nicht, dass ein Planet im richtigen Abstand um seinen Stern kreist. Auch seine weitere kosmische Umgebung kann entscheidend sein, denn nahe Supernovae, Gammablitze, dichte Sternfelder oder aktive Schwarze Löcher können eine ansonsten geeignete Welt schwer schädigen. Zugleich braucht die Planetenbildung genügend schwere Elemente, die erst durch frühere Sterngenerationen im All angereichert wurden.
Damit entsteht auf galaktischer Ebene ebenfalls eine Art lebensfreundlicher Zone, denn zu weit außen fehlen häufig die schweren Elemente für Gesteinsplaneten, während dichte und energiereiche Regionen mehr kosmische Gefahren bergen. Wie sich dieses Gleichgewicht über Milliarden Jahre und in unterschiedlich großen Galaxien entwickelt, haben Forscher nun in einem virtuellen Universum untersucht.
Forscher der Western Sydney University (WSU) um Dr. Luke A. Barnes haben dafür die kosmologische Simulation Evolution and Assembly of GaLaxies and their Environments (EAGLE) ausgewertet, die die Entstehung von Galaxien und Schwarzen Löchern sowie die Entwicklung von Gas, Sternen und schweren Elementen verfolgt. Das Team ergänzte dieses Modell um Annahmen zur Entstehung geeigneter Planeten und zu fünf kosmischen Gefahren.
Berücksichtigt wurden Kernkollaps-Supernovae, Supernovae vom Typ Ia, nahe Begegnungen zwischen Sternen, Gammablitze und die energiereiche Strahlung von Quasaren. Dabei unterscheiden die Forscher zwischen Ereignissen, die vorhandenes Leben auslöschen könnten, und noch extremeren Fällen, die einen Planeten dauerhaft unbewohnbar machen könnten. Da die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Leben unbekannt ist, berechnet das Modell nicht die Zahl bewohnter Welten. Stattdessen erfasst es, wie viel lebensfreundliche Zeit geeignete Planeten unter den jeweiligen Bedingungen ansammeln könnten.
Besonders günstig sind dem Modell zufolge Galaxien mit einer Gesamtmasse von ungefähr 100 Milliarden bis einer Billion Sonnenmassen. Über weite Teile der kosmischen Geschichte bleibt der bevorzugte Bereich relativ breit und reicht ungefähr von 100 Milliarden bis zehn Billionen Sonnenmassen. Bei der reinen Sternmasse liegt das Maximum ungefähr zwischen zehn und 100 Milliarden Sonnenmassen.
Die Milchstraße fällt mit einer Gesamtmasse von rund einer Billion Sonnenmassen und einer Sternmasse von etwa 50 Milliarden Sonnenmassen genau in diesen Bereich. Auch die Lage der Sonne ist im Modell nicht ungewöhnlich, denn lebensfreundliche Zeit entsteht über weite Teile der Galaxien besonders effizient in Entfernungen von etwa einem bis zehn Kiloparsec vom Zentrum. Die Forscher finden jedoch keine ausgeprägte schmale Idealzone, sondern nur eine vergleichsweise breite räumliche Bevorzugung.
Im frühen Universum steigt die modellierte lebensfreundliche Zeit zunächst schnell an, weil Sterne, schwere Elemente und Planeten entstehen. Später flacht diese Entwicklung ab, weil kosmische Katastrophen geeignete Welten im Modell schneller unbewohnt oder unbewohnbar machen, als neue lebensfreundliche Umgebungen hinzukommen.
Welche Gefahr am stärksten wiegt, verändert sich dabei mit der Zeit, denn im jungen Universum dominieren Kernkollaps-Supernovae, während in den vergangenen rund fünf Milliarden Jahren nahe Begegnungen zwischen Sternen im Modell wichtiger werden. Gammablitze und Supernovae vom Typ Ia tragen deutlich weniger zur berechneten Gefährdung bei, während junge Galaxien mit hoher Sternbildungsrate sowie kleine, kompakte Systeme mit Gesamtmassen um 100 Millionen bis eine Milliarde Sonnenmass