Så vidt vi ved, har det utomjordiske liv brug for stenede planeter for at leve af. De tidligste sådanne planeter kunne have været fulde af kulstof, med tidlige livsformer vises på verdener med lag af diamant under deres skorpe og kullsorte overflade klipper.
En nylig undersøgelse af Natalie Mashian og Avi Loeb ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics så på dannelsen af planeter omkring carbon-enhanced metal poor stars (CEMPs). Disse slags stjerner sandsynligvis dannet i det tidlige univers, lige efter at den første generation af massive stjerner havde brændt deres nukleare brændstof og eksploderet som supernovaer. Hvis der er planeter omkring sådanne stjerner, betyder det, at livet kunne have vist sig i universet inden for et par hundrede millioner år efter Big Bang, for 13, 8 milliarder år siden. Tidligere undersøgelser antydede, at det måske havde taget længere tid; det ældste exoplanet-system, der endnu er opdaget, Kepler 444, omgiver en stjerne, der er omkring 11, 2 milliarder år gammel.
Elementer som jern og silicium betragtes normalt som væsentlige til fremstilling af planeter, fordi de danner støvkorn, som større kroppe kan danne sig gennem gravitationsafgrænsning. Selv brintrige gasgiganter som Jupiter startede fra et sådant "frø". CEMP'er har dog ikke så mange tunge elementer som jern som vores sol, kun hundrede tusindel så meget, der siger noget, da solen kun er 0, 003 procent jern. Så hvis CEMP'er først og fremmest dannes af skyer af gas og støv af kulstof, ilt og nitrogen, er et spørgsmål, om planeter som Jorden med faste overflader kunne dannes.
Mashian og Loeb antyder, at planeter faktisk kan hæve sig i en sådan tåge og derfor omkring CEMP'er. Astronomer kan finde dem med nogle af de nyeste rumteleskoper og fremtidige instrumenter, såsom James Webb-rumteleskopet, når de kommer på nettet. "Metoderne er de samme [som for tidligere eksoplanetmissioner], " fortalte Loeb til Smithsonian.com. "Du ville se efter planeter, der transiterer deres stjerner."
I deres undersøgelse modellerer Mashian og Loeb afstandene fra CEMP'er, som planeterne ville danne, og hvor store de sandsynligvis vil være. Sådanne planeter ville have lidt jern og silicium, de elementer, der udgør en stor del af Jorden. I stedet ville de være rigere på kulstof. De fandt, at den maksimale størrelse ville have en tendens til at være omkring 4, 3 gange Jordens radius. En kulstofplanet ville, ifølge undersøgelsen, også give mulighed for, at der dannes en masse carbonhydridmolekyler på overfladen, forudsat at temperaturen ikke er for høj. Og enhver planet med en masse på mindre end ca. 10 gange jorden ville vise en masse kulilte og metan i sin atmosfære, siger undersøgelsen.
I en tåge rig på lettere elementer tilføjede han, at der sandsynligvis også er vand, en anden nøglekomponent i en biosfære. "Selv med lave iltniveauer har hydrogen en tendens til at kombinere med det og fremstille vand, " sagde han. Så en kulstofplanet har måske vand til stede. Loeb sagde i en erklæring, at da livet i sig selv er kulstofbaseret, er det godt for udseendet af levende ting.
CEMP'er er så fattige i tungere elementer, fordi de blev bygget fra resterne af de første stjerner, der optrådte i universet - Behemoths med hundreder af gange solens masse. En massiv stjernekern er som en løg. De tyngste elementer skabt af nuklear fusion er mod midten - jernet, magnesium og silicium er i de inderste lag, mens kulstof, ilt og nogle resterende helium og brint er i det ydre. Loeb sagde, at meget af materialet i de indre lag - de tungere elementer - vil falde tilbage i det sorte hul, der dannes efter, at stjernen bliver en supernova. I mellemtiden bliver de lettere elementer kastet ud i rummet for at danne nye stjerner. Disse stjerner, der dannes fra de gasser, der blev tilbage fra den første, ville være fattige i metaller som jern, men kulstofrige - CEMP'erne.
Det er først senere, når mindre massive stjerner ældes og eksploderer som supernovaer, at de tungere metaller kan komme ud. En stjerne under 25 solmasser vil kollapse i en neutronstjerne eller ende som en hvid dværg. I modsætning til sorte huller har neutronstjerner og hvide dværge ikke flugthastigheder hurtigere end lys, så supernovaeksplosionen er meget mere tilbøjelig til at sprede jernet fra stjernens kerne. Derfor har stjerner som solen lige så meget jern som de gør, og hvorfor Jorden har endnu tungere elementer.
Hvorvidt sådanne planeter har liv eller ej, er dog stadig et åbent spørgsmål. Undersøgelsen i sig selv er mere involveret i at få planeterne til at dannes i første omgang, hvilket er et vigtigt skridt i livet. ”Min kandidatstuderende [Mashian] er konservativ, ” sagde Loeb. For at se tegn på liv, er man nødt til at se atmosfærerne på de pågældende planeter. Målet ville være underskrivelsen af ilt, der mangler en eller anden måde at genopfylde det, forsvinder fra en planetens atmosfære, når den reagerer med overfladebergarter. På Jorden fremstilles ilt af planter, der optager kuldioxid. Udlændinge, der kigger på vores egen planets atmosfære, ville bemærke, at der var noget op.
At se disse atmosfærer - forudsat at planeterne i sig selv findes - vil sandsynligvis kræve mere kraftfulde teleskoper, end der findes nu. "[James Webb-rumteleskopet] kan måske marginalt gøre det for de nærmeste stjerner, " sagde han. "Men CEMP'er er ti gange længere væk."
