Wege zur Habitabilität: Scheiben zu Sternen, Planeten & Leben

Sterne und Planeten sind die Endprodukte einer langen Reihe von komplexen Prozessen, die im galaktischen interstellaren Medium ihren Anfang nehmen. Während der Kontraktion und des Kollapses molekularer Wolken werden die Anfangsbedingungen für die spätere Evolution des Sterns und seines Planetensystems gesetzt. Die darauffolgende Scheibenbildung und -evolution, die Formation von Planeten und die Evolution ihrer Atmosphären führt zu einem breiten Spektrum von planetaren Umgebungen, wie sich in unserem Sonnensystem zeigt, wie aber auch die vielen extrasolaren Planetensysteme zeigen. Habitable Bedingungen könnten auf gewissen Planeten existieren und die Bildung von Leben unterstützen. Die entstehenden Sterne selber spielen eine überragende Rolle dadurch, dass sie die Evolution ihrer Umgebung bestimmen. Speziell die kurzwellige Strahlung (UV, EUV, Röntgen), ionisierte stellare Winde, und hochenergetische Teilchen sind wichtig für die Umwandlung von zirkumstellaren Material (z.B. durch Ionisation, Heizung und chemische Umformung der protoplanetaren Scheibenoberflächen); in späteren Stadien, wenn sich bereits Planeten gebildet haben, sind die gleichen Teilchen und Strahlung verantwortlich für chemische und physikalische Prozesse in planetaren Magnetosphären, Ionosphären und oberen Atmosphären, und auch für deren Erosion. Wie Zonen zustande kommen, die in den stark variierenden stellaren Umgebungen letztlich habitabel sind, ist noch wenig klar. Neben dem direkten Licht des Sterns, welches mildes Klima and flüssiges Wasser auf Planetenoberflächen ermöglichen könnte, müssen viele weitere Bedinungen erfüllt sein und in den aktiven jungen Stadien stellarer Systeme auch innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden. Starke und äusserst variable hochenergetische Strahlung, starke stellare Winde und koronale Masseauswürfe weit jenseits der gegenwärtigen solaren Analoge erzeugen Umgebungen, die von denen im heutigen Sonnensystem komplett verschieden sind. Um Fragen zur Bildung habitabler Zonen in jungen stellaren und planetaren Systemen genauer zu untersuchen, schlagen wir die Schaffung eines multidisziplinären Nationalen Forschungsnetzwerks vor. Dieses nützt die an verschiedenenen Forschungsinstitutionen Österreichs vorhandene Expertise gewinnbringend aus. Das Netzwerk wird Wechselwirkungen zwischen dem sich bildenden Stern, der protoplanetaren Scheibe und dem Planetensystem untersuchen, beginnend mit den frühen Phasen der Sternentstehung und fortschreitend bis zu Prozessen auf den fertig geformten Planeten. Unser Forschungsvorhaben wird speziell folgende Problemkreise angehen: die Evolution von protoplanetarem Scheibenmaterial unter dem Einfluss des magnetisch aktiven zentralen Sterns, das Strahlungs-, Teilchen-, und Windumfeld der jungen Sterne, und ein Vergleich mit extremen Aktivitätsperioden auf der Sonne, die Prozessierung, Evolution und Erosion von äusseren Planetenatmosphären und Magnetosphären unter extremen Bedingungen, wie sie in jungen, aktiven Systemen vorherrschen, und die Evolution habitabler Umgebungen in stellaren Mehrfachsystemen. Unser Hauptziel ist es zu verstehen, wie habitable Umgebungen in jungen, aktiven Sternsystemen entstehen und überdauern können. Diese Untersuchungen werden tiefer gehen als gegenwärtige Studien und werden starken Bezug nehmen auf zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope, ALMA, PLATO, und anderen.