Laut einer Studie könnte es dutzende intelligente Lebensformen in der Milchstraße geben

josef

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#1
Forscher errechnen 35 außerirdische Zivilisationen
Einer neuen Studie zufolge könnte es dutzende intelligente Lebensformen in der Milchstraße geben – rein statistisch betrachtet

Die Milchstraße ist unsere Heimatgalaxie und vielleicht auch jene von über 30 weiteren Zivilisationen. Diese könnten wenige hundert oder mehrere tausend Lichtjahre entfernt sein.
Foto: ESO / Christoph Malin

Sind wir allein im Universum? Seit Menschen in den Himmel blicken, hat sie die Frage umgetrieben, ob es außer unserer noch andere Welten gibt, ob diese bewohnt sind und ob es womöglich sogar außerirdische Intelligenz gibt. Dank astronomischer Forschung wissen wir inzwischen, dass es eine Vielzahl an außerirdischen Welten gibt. Doch wie sieht es aus mit außerirdischem Leben, und noch dazu mit intelligentem?

Eine Studie zweier Forscher der Universität Nottingham, die diese Woche im Fachblatt "The Astrophysical Journal" erschienen ist, präsentiert nun eine Zahl, wie viele intelligente, aktiv kommunizierende Zivilisationen es in unserer Galaxie geben könnte: 36 – inklusive unserer eigenen.

Was im ersten Moment eher nach Science-Fiction denn nach solider Wissenschaft klingt, basiert auf Daten, die Astronomen in den vergangenen Jahrzehnten gesammelt haben. Nach aktuellem Stand ist die Menschheit die einzige bekannte Form von Leben mit höherer Intelligenz im Universum. Wie ist es dann möglich, eine Statistik für die Verbreitung von Aliens aufzustellen?

Einfache Rechnung
"Diese Berechnung ist recht einfach", gibt sich einer der Studienautoren, Christopher Conselice, Professor für Astrophysik, im Gespräch mit dem STANDARD bescheiden. "Wir wissen genügend über Sterne, Planeten und unsere Galaxie sowie deren Entstehungsgeschichten, um diese Berechnung anstellen zu können."

Die Grundannahme ist folgende: Wir kennen die Bedingungen, unter denen intelligentes Leben auf der Erde entstanden ist. Weiters wissen wir größenordnungsmäßig, wie viele Planeten in unserer Milchstraße in der habitablen Zone liegen – sprich in der richtigen Entfernung zu ihrem Stern, wo es weder zu heiß noch zu kalt für Leben ist. Schließlich können wir aus unserer eigenen Entstehung schließen, wie lange es dauert, bis sich auf einem habitablen Planeten tatsächlich höheres Leben entwickelt.

Universelle Physik
"Wir nehmen an, dass die Wissenschaft überall im Universum auf dieselbe Weise funktioniert. Das heißt, wenn alle Kriterien erfüllt sind, damit sich intelligentes Leben entwickeln kann, wird das irgendwann passieren", skizziert Conselice die Grundidee. "Natürlich sind es nicht dieselben Zeitskalen wie auf der Erde, aber ein paar Milliarden Jahren auf oder ab spielen nicht wirklich eine Rolle."

Fragt man einen Physiker oder eine Physikerin nach außerirdischem Leben, verweisen sie gern auf die Drake-Gleichung. Die 1961 von Frank Drake präsentierte Formel gibt eine Berechnungsmethode für die Anzahl von intelligentem Leben in unserer Galaxie an. Auf den ersten Blick sieht die Gleichung einfach aus – es braucht nicht mehr, als sieben Größen miteinander zu multiplizieren, um feststellen zu können, ob wir allein sind in der Milchstraße. Rein formal könnte diese Rechenaufgabe also in der dritten Klasse Volksschule bewältigt werden. Der Haken dabei: Alle sieben Multiplikatoren sind Unbekannte.

Drake 2.0
Gemeinsam mit Tom Westby leitete Conselice eine neue Version der Drake-Gleichung ab. Es handelt sich dabei um eine Multiplikation von vier Größen: Die Gesamtzahl der Sterne in unserer Galaxie mal jenem Anteil von Sternen, die älter sind als fünf Milliarden Jahre. Ein weiterer Multiplikator ist der Anteil an Sternen, die einen Planeten in der habitablen Zone beheimaten. So weit können alle benötigten Größen inzwischen recht gut aus Beobachtungsdaten ermittelt werden – ein wesentlicher Fortschritt gegenüber Drakes Wissensstand, der zwar teils dieselben Multiplikatoren in seiner Gleichung verwendete, sie aber nicht beziffern konnte.

So richtig knifflig wird es aber beim vierten Multiplikator der neuen Drake-Gleichung: Der Quotient aus der durchschnittlichen Lebenszeit einer Zivilisation ab dem Zeitpunkt, als sie technisch so weit fortgeschritten ist, Signale auszusenden (etwa Radiowellen ins All zu senden), dividiert durch die durchschnittliche Zeit, die es dauert, bis auf einem habitablen Planeten Leben entsteht. Für beide Zeitspannen können die Autoren nur Schätzungen anstellen.
Um das zu tun, entwickelten Westby und Conselice verschiedene Szenarien von konservativ bis optimistisch. Konservativ gerechnet kommen sie auf vier bis 211 derzeit aktiv kommunizierende Zivilisationen in unserer Galaxie, wobei die wahrscheinlichste Anzahl 36 Zivilisationen beträgt.

Außerirdische Statistik
Das sind zwar sehr konkrete Angaben, gleichzeitig räumen die Autoren aber selbstkritisch ein: "Extraterrestrische Intelligenz und kommunizierende Zivilisationen bleiben natürlich völlig im Bereich von Hypothesen, solange keine derartige Entdeckung gemacht worden ist."

Fairerweise muss man sagen, dass die Berechnung der Häufigkeit von intelligenten Zivilisationen im All zu den schwierigsten Problemen der Statistik zählt, die man sich ausdenken kann – und herkömmliche Statistik bei weitem übersteigt. Denn wir kennen nur einen Datenpunkt, uns selbst. Davon auf die gesamte Milchstraße rückzuschließen ist alles andere als trivial.

Neben der schlichten Zahl an außerirdischen Zivilisationen interessiert uns Menschen natürlich besonders, wie weit diese von uns entfernt sind. Auch dafür bieten Westby und Conselice eine Antwort: Konservativ gerechnet kommen sie auf eine durchschnittliche Distanz zwischen den Zivilisationen von 17.000 Lichtjahren. Mit den uns bekannten Technologien ist eine interstellare Kommunikation oder Detektion daher leider ausgeschlossen.

Social Distancing im All
Vielleicht ist das Social Distancing zwischen uns und den nächsten Außerirdischen aber auch weniger stark ausgeprägt. Der Mindestabstand zur nächsten Zivilisation beträgt laut Westby und Conselice nur wenige hundert Lichtjahre – allerdings ist das nur dann plausibel, wenn intelligente Zivilisationen eine Lebensdauer von einer Million Jahren haben. "Wenn wir uns unsere eigene Zivilisation ansehen, mutet das sehr lange an", sagt Conselice.

Damit erklärt sich auch, warum uns die Entdeckung von außerirdischen Zivilisationen nicht zuletzt wichtige Aufschlüsse über unsere eigene Zukunft liefern könnte, so Conselice: "Wenn wir sehr nahe viele außerirdische Zivilisationen finden, würde das heißen, dass sie es trotz Problemen wie globaler Erwärmung oder Kriegen geschafft haben, über lange Zeitspannen zu existieren."
(Tanja Traxler, 16.6.2020)

Abstract:
The Astrophysical Journal: "The Astrobiological Copernican Weak and Strong Limits for Intelligent Life"
Preprint:
Vorabdruck der Studie auf ArXiv

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#2
Millionen lebensfreundliche Exoplaneten allein in unserer Galaxie
Forscher rechneten aus Daten des Weltraumteleskops Kepler hoch, wie viele erdähnliche Welten es geben könnte – mit beeindruckendem Ergebnis
Das Weltraumteleskop Kepler hat unser Wissen über Exoplaneten revolutioniert. Mithilfe des 2009 gestarteten Teleskops der US-Weltraumbehörde Nasa konnten bereits mehr als 2800 Planeten außerhalb des Sonnensystems aufgespürt werden. Auch zwei Jahre nach dem Ende der Mission geben ihre Daten laufend wertvolle Informationen preis. Ein Forscherteam wagt nun auf Basis der Kepler-Beobachtungen eine beeindruckende Schätzung: Allein in der Milchstraße könnte es fast 300 Millionen erdähnliche Planeten geben.


Illustration des Exoplaneten Kepler-1649c, der unserer Erde zumindest in Größe und Masse sehr ähnlich ist und flüssiges Wasser beherbergen könnte.
Illustration: NASA/Ames Research Center/Daniel Rutter

Als die Planung der Kepler-Mission in den 1980er-Jahren begann, war noch kein einziger Exoplanet bekannt – inzwischen ist die Entdeckung von Welten, die um ferne Sterne kreisen, fast schon alltäglich geworden. Besonderes Interesse gilt darunter jenen, die erdähnliche Bedingungen aufweisen: Gesteinsplaneten in annähernder Erdgröße und in einer Entfernung zu ihrem Stern gelegen, die theoretisch Wasser auf ihrer Oberfläche zulässt. Forscher sprechen von "Habitabilität".



Verräterischer Transit
Genau darauf war Kepler spezialisiert. In der ersten Missionsphase von 2009 bis 2013 zeichnete das Teleskop den Helligkeitsverlauf von mehr als 100.000 Sternen auf. Nach technischen Problemen ließ sich das Teleskop dann nur eingeschränkt nutzen, konnte bis zum Missionsende 2018 aber dennoch mehr als 100.000 weitere Sterne beobachten.
Wissenschafter suchen in diesen Daten nach periodischen Helligkeitsschwankungen, die unbekannte Planeten enttarnen: Jedes Mal, wenn ein Exoplanet auf seiner Umlaufbahn von der Erde aus gesehen vor seinem Stern vorüberzieht, verdunkelt er ihn leicht. Aus diesen Daten können Astronomen nicht nur die Existenz von Planeten nachweisen, sondern auch einige Informationen über diese Welten gewinnen: Radius, Masse und Distanz zum Stern.
Seit November 2018 ist das Kepler-Weltraumteleskop nicht mehr in Betrieb. Die Beobachtungsdaten der neunjährigen Mission werden Forscher aber noch lange beschäftigen.Illustration: Nasa

Konservative Rechnung: 280 Millionen Welten
Von den mindestens 100 Milliarden Sternen in der Milchstraße dürften etwa vier Milliarden sonnenähnlich sein. Forscher extrapolierten bereits in der Vergangenheit aus dem reichhaltigen Fundus der Kepler-Daten, dass es dort Milliarden von Exoplaneten geben muss. Ein Team um Steve Bryson vom Ames Research Center der Nasa in Moffett Field legte nun die bisher umfangreichste Hochrechnung vor, wie viele Welten davon potenziell bewohnbar sein könnten.

In ihrer Studie im "Astronomical Journal" kommen die Wissenschafter zum Schluss, dass konservativ gerechnet sieben Prozent der sonnenähnlichen Sterne habitable Exoplaneten beherbergen könnten – das wären 280 Millionen Planeten. Nach Angaben der Forscher könnten es aber sogar weitaus mehr sein. "Kepler hat uns bereits gezeigt, dass es Milliarden von Planeten gibt, aber jetzt wissen wir auch, dass ein beachtlicher Teil davon habitabel sein könnte", sagte Bryson.

Dieser Wert sei längst nicht endgültig, und die Möglichkeit für Wasser auf der Oberfläche anderer Planeten sei nur einer von vielen Faktoren, die einen Planeten lebensfreundlich machen würden, so Bryson. "Aber das Ergebnis verdeutlicht, wie viel wir allein durch einen kurzen Blick aus unserem Sonnensystem entdecken konnten." Für weitere Nachschau ist gesorgt: Mit dem Weltraumteleskop Tess hat die Nasa längst einen würdigen Kepler-Nachfolger im All. Für die genauere Erforschung bereits bekannter Exoplaneten schickte die Europäische Weltraumorganisation (Esa) Ende des Vorjahres das Weltraumteleskop Cheops los, das ebenfalls bereits Ergebnisse liefert.
(dare, 10.11.2020)

Studie
The Astronomical Journal (Preprint): "The Occurrence of Rocky Habitable Zone Planets Around Solar-Like Stars from Kepler Data"

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josef

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#3
Tausend außerirdische Zivilisationen könnten uns gerade beobachten
Astronomen haben berechnet, von wie vielen fernen Planeten aus wir mit den uns verfügbaren Technologien sichtbar wären

Diese Darstellung zeigt, wie es auf dem Exoplaneten Kepler-1649c möglicherweise aussehen könnte – er liegt in der habitablen Zone.
Illustration: Nasa / Ames Research Center / Daniel Rutter

Wenn Lisa Kaltenegger nachts in den Himmel blickt, zählt sie gerne die Sterne ab. Die Reihenfolge ist dabei beliebig, die Zählung geht jedenfalls immer bis fünf. Schon frühere Hochkulturen haben den Nachthimmel akribisch beobachtet. Und immer wieder hat die Menschheit die Frage umgetrieben, ob es da draußen noch andere Planeten wie den unseren gibt. Vielleicht besitzt jeder millionste Stern einen Planeten? Vielleicht jeder tausendste? Die Wissenschaft geht heute davon, dass jeder Stern mindestens einen Planeten besitzt. Und jeder fünfte Stern im Universum wird von Planeten genau in jenem kritischen Abstand umkreist, der als habitable Zone bezeichnet wird. Blickt man also nachts hinauf, ist jeder fünfte Stern die Sonne einer lebensfreundlichen Welt.

Lisa Kaltenegger ist Exoplanetenforscherin an der Cornell-Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York und leitet das dortige Carl Sagan Institute, das sich der Suche von habitablen Planeten und Monden außerhalb unseres Sonnensystems verschrieben hat. Vor wenigen Jahrzehnten galt dieses Vorhaben noch eher als Science-Fiction denn als Science, doch seit den 1990er-Jahren ist die Exoplanetenforschung förmlich "explodiert", sagt Kaltenegger.

4.352 bestätigte Exoplaneten
Beginnen wir mit den Basics: Als Exoplaneten bezeichnet man jene Planeten, die um einen anderen Stern als unsere Sonne kreisen. Forscher gehen seit langem davon aus, dass es Exoplaneten gibt, doch ihr Nachweis ist ungemein schwierig, strahlen sie doch bei weitem weniger Licht ab als ihre Muttersterne. So sind die ersten gesicherten Beobachtungen von Exoplaneten erst in den frühen 1990er-Jahren gelungen. Doch je länger Forscher nach fremden Welten suchen, umso ergiebiger sind ihre Funde. Stand 1. März sind es 4.352 bestätigte Exoplaneten und 5765 Kandidaten, die von der US-Weltraumagentur Nasa gelistet werden.

Das klingt zwar bereits nach ziemlich viel. Wenn man aber bedenkt, dass es allein in unserer Galaxie 200 Milliarden Sterne gibt, wird schnell klar, wie viele fremde Welten uns bislang verborgen geblieben sein dürften. Kaltenegger ist in ihrer Forschung auf ganz besondere Exoplaneten spezialisiert: jene in der habitablen Zone, auf denen es theoretisch Leben geben könnte. "Es ist möglich, dass es im Universum von lebensfreundlichen Planeten wimmelt", sagt Kaltenegger "wir wissen aber nicht, ob Leben immer entsteht, wenn es die Möglichkeiten dazu gibt."

Um herauszufinden, ob prinzipiell bewohnbare Planeten auch tatsächlich bewohnt werden, suchen Forscher sogenannte Biosignaturen. Es handelt sich dabei um spezielle Moleküle in der Atmosphäre, deren Entstehung nur durch Lebewesen und nicht etwa durch geologische Prozesse wie Vulkane erklärt werden kann. Mit leistungsstarken Teleskopen wie dem James-Webb-Weltraumteleskop, das am 31. Oktober starten soll, oder dem Extremely Large Telescope in Chile, das 2025 in Betrieb gehen soll, kann die Atmosphäre von vielversprechenden Exoplaneten gezielt nach Biosignaturen abgesucht werden.

Das James-Webb-Weltraumteleskop soll am 31. Oktober nach mehrfacher Verzögerung endlich starten.
Illustration: Ap/Nasa/Northrop Grumman

Personalausweis eines Planeten
Das Prinzip dahinter basiert auf einer Entdeckung von Albert Einstein, wonach Licht mit Materie interagiert: Wenn Licht ein Molekül richtig trifft, fängt dieses zu schwingen an. Unterschiedliche Moleküle reagieren auf bestimmte Lichtfrequenzen – und diese fehlen dann in jenem Licht, das die leistungsstarken Teleskope einfangen. "Das ist wie ein Stempel im Pass, der mir sagt, welche Moleküle in der Atmosphäre vorhanden sind", sagt Kaltenegger. Leben auf der Erde hätte man mit dieser Methode seit rund einer Milliarde Jahren feststellen können.

Kürzlich stellte sich Kaltenegger in einer Publikation mit Kollegen die Frage, von wie viel bewohnbaren Exoplaneten aus es möglich wäre, Leben auf der Erde mittels Biosignaturen festzustellen. Die Forscher nahmen dabei an, dass die potenziellen außerirdischen Zivilisationen dieselben Technologien zur Verfügung haben wie wir in den kommenden Jahren mit dem James-Webb-Weltraumteleskop und dem Extremely Large Telescope. Zusätzlich wurde angenommen, dass die Erde aus Blickrichtung unserer außerirdischen Beobachter auf ihrer Bahn vor unsere Sonne vorüberzieht. Die Antwort: 1.000 ferne Zivilisationen könnten uns mit den uns demnächst vorhandenen Technologien aufspüren.
"Ich will einfach wissen, ob wir allein im Universum sind, ich finde, das ist einer der coolsten Jobs der Welt", sagt Kaltenegger. Genauso wichtig sind ihr aber die Einblicke der Exoplanetenforschung für unseren Planeten. "Durch diese Forschung können wir unsere Erde in den gesamten Kosmos einbetten." Immer wieder lege die Exoplanetenforschung Wissenslücken betreffend unsere eigene Welt frei. Weder wissen wir, wie sich Leben auf der Erde entwickelt hat, noch, was diese Entwicklung antreibt. "Bei erdähnlichen Exoplaneten könnten wir uns ansehen, wie schnell sich dort Leben entwickelt hat und wie die Entwicklung weitergeht."
(Tanja Traxler, 1.3.2021)

WISSEN: Wie findet man einen Exoplaneten?
Die erfolgreichste Methode, um Exoplaneten aufzuspüren, ist die sogenannte Transitmethode: Wenn sich ein Exoplanet aus unserer Perspektive direkt vor seine Sonne schiebt, erreicht uns periodisch etwas weniger Licht als sonst – wodurch der Exoplanet seine Existenz verraten kann. Über 3.300 Exoplaneten konnten so bislang entdeckt werden.

Eine weitere Methode basiert auf der Radialgeschwindigkeit: Hat der Stern einen Begleiter, so schwankt die Radialgeschwindigkeit wegen der Bewegung um den gemeinsamen Schwerpunkt, was Astronomen durch Lichtverschiebungen feststellen können. Äußerst schwierig ist die direkte Beobachtung. Nur 51 Exoplaneten konnten bislang direkt gesichtet werden.

Studie:
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: "Which stars can see Earth as a transiting exoplanet?"

Links:

Weiterlesen:
Tausend außerirdische Zivilisationen könnten uns gerade beobachten - derStandard.at
 

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#4
UNBEKANNTES FUNKOBJEKT
Rätselhafte Radiosignale aus dem Zentrum der Milchstraße empfangen
Eine Forschungsgruppe berichtet von ungewöhnlich unregelmäßigen Radiowellen, die dank eines sensiblen Radioteleskops erfasst wurden

Ein australisches Radioteleskop erfasste die seltsamen Signale.
Foto: imago images/Westend61

Ein eigenartiges Signal aus dem All spürte ein internationales Forschungsteam auf: Das Radiosignal wiederholt sich offenbar wochenlang, bricht dann aber von einem Tag auf den anderen wieder ab. Das fehlende Muster des kosmischen Signals macht es so rätselhaft. In einer Studie im Fachmagazin "The Astrophysical Journal" berichtet das Team von den Beobachtungen und möglichen Ursachen.

Zwischen April 2019 und August 2020 wurde das Signal 13 Male registriert. Die Radioquelle, die sich im Zentrum unserer Milchstraßengalaxie befindet, wurde mit einem der sensibelsten Radioteleskope aufgespürt, dem Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) in Westaustralien. Entsprechend wird das Signal als "ASKAP J173608.2−321635" bezeichnet.

Unregelmäßige Teleskopbeobachtungen
Andere Teleskope, etwa das Röntgenteleskop des Satelliten Chandra oder der Forschungssatellit Neil Gehrels Swift Observatory, die für die Nasa im Einsatz sind, konnten das Signal nicht erkennen. Bei späteren Beobachtungen zeigten das südafrikanische MeerKAT-Radioteleskop und das Australia Telescope Compact Array (ATCA) Treffer im Februar bzw. April 2021, obwohl sie frühere Signale nicht aufspüren konnten.

Interessant am Objekt ist auch, dass das ausgesendete Signal stark polarisiert ist. Die Schwingung der elektromagnetischen Welle ist in ihrer Ausrichtung verzerrt, und das sowohl linear als auch zirkular. Die Polarisierung deutet darauf hin, dass Staub und Magnetfelder im interstellaren Raum zwischen der Quelle und uns für Streuung und Magnetisierung sorgen. Auch könnte die Quelle selbst magnetisiert sein.

Neue Objektklasse möglich
Dem Team um Erstautor Ziteng Wang von der Universität Sydney zufolge können etwa Sterne mit geringer Masse, Radioblitze oder Pulsare, also tote Sterne, die regelmäßige Radiosignale aussenden, als Erklärung ausgeschlossen werden. Diese Regelmäßigkeit passt nicht zum Abklingen des Signals, das bei dem neuen ASKAP-Objekt festgestellt wurde.

Stattdessen könnte es sich dabei um "einen Vertreter einer neuen Klasse von Objekten handeln", schreibt die Forschungsgruppe. Parallelen zog sie zu den sogenannten "Galactic Center Radio Transients" (GCRT), Objekten, die vorübergehend eine Funkquelle in der Nähe des galaktischen Zentrums mit niedriger Frequenz darstellen. Drei GCRT-Objekte wurden in den 2000er-Jahren identifiziert, weitere müssen erst bestätigt werden. Falls es sich bei dem unbekannten Objekt ebenfalls um ein GCRT handelt, dürfte es bei dem Auffinden weiterer solcher Quellen und bei deren Identifikation helfen.
(red, 10.9.2021)

Studie
The Astrophysical Journal: "Discovery of ASKAP J173608.2−321635 as a Highly-Polarized Transient Point Source with the Australian SKA Pathfinder", in der vorläufigen Version aufrufbar über arXiv

Rätselhafte Radiosignale aus dem Zentrum der Milchstraße empfangen
 
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