Tau Ceti: Life Amidst Catastrophe?

by Paul Gilster on September 20, 2007

Tau Ceti has always been an interesting star, one of two (the other being Epsilon Eridani) that Frank Drake chose as targets for his pioneering Project Ozma SETI observations. The astrobiological interest is understandable. We’re dealing with a Sun-like star relatively close (11.9 light years) to Earth. But recent thinking downplays Tau Ceti as a potential home for life. Ponder this: The dust disk around the star seems vastly larger than what we find in our own Kuiper Belt, with deadly implications.

Bombardment of Tau Ceti

Or are they? Let’s look more closely. A model of Tau Ceti’s disk shows that the mass of small objects up to ten kilometers in size may total 1.2 Earth masses. Compared to our Kuiper Belt’s 0.1 Earth masses, this is one massive disk, with ten times the amount of cometary and asteroidal material found in our own system. This despite the fact that Tau Ceti seems to be twice the age of Sol. You might reasonably assume that any Earth-like planet in this system has been bombarded far more often than Earth itself.

Image: Does severe bombardment rule out intelligent life around Tau Ceti? Hint: Be careful what assumptions you bring to bear. Credit: PPARC/David Hardy.

The question is whether this is a valid indicator, another feather in the cap of those who favor the ‘rare Earth’ hypothesis. The reasoning, as Milan Ćirković (Astronomical Observatory of Belgrade) points out in a recent paper, would go something like this: Our Earth was hit by an object just large enough to kill off the dinosaurs (or, at least, to assist in their destruction), the Chicxulub impact of some 65 million years ago.

A little larger and even the mammals might not have survived. Smaller and the mammals might not have become ascendant. Here’s how Ćirković puts it:

…micrometeorites bombard Earth all the time, and larger particles create beautiful meteor showers apparently without threatening the biosphere or in any known way influencing the evolutionary processes. On the other hand, studies of early history of the Solar System suggested that collisions with bodies hundreds of kilometers in size remaining at that epoch had caused repeated meltdown of the entire planetary crust and perhaps even complete atmosphere blow-off…Thus, only a finite — and quite small—range of impactors at the fixed epoch of K-T boundary could have caused the evolution of modern humans.

Our emergence as an intelligent species, then, seems predicated on the Chicxulub strike being of a rather precise size. But as the author points out, we must be cautious about this ‘fine-tuned catastrophism.’ Rather than saying that our emergence is contingent upon a particular type of impact (and thus a vanishingly rare occurrence), we should be saying that our emergence in the present epoch is contingent upon that impact.

And that has wide implications. For what we are now doing is removing a bit of anthropocentrism from our thinking. We simply cannot know what forms of life might have emerged had the Chicxulub impact occurred at a different time, or been of a different magnitude. Ćirković goes on to apply Bayesian methods to the question of our understanding of catastrophic risk. Interestingly, we tend to underestimate the chances of catastrophe:

It is intuitively clear why: the symmetry between past and future is broken by the existence of an evolutionary process leading to our emergence as observers at this particular epoch in time. We can expect a large catastrophe tomorrow, but we cannot — even without any empirical knowledge — expect to find traces of a large catastrophe which occured yesterday, since it would have preempted our existence today.

This is interesting stuff, noting our reliance on Earth-specific records that cannot be translated into analysis of catastrophe in other systems. And its look at observation-selection effects leads to the conclusion that only continued astrobiological study will help us understand what biospheres and potentially intelligent communities might be out there, on Tau Ceti or elsewhere in the Milky Way. The author’s conclusion: “No amount of armchair theorizing can escape the observation selection effects related to the evolutionary development of intelligent observers on Earth.”

Life amidst the debris around Tau Ceti? Maybe so. This is a short but densely argued paper; I’ve only managed to summarize a subset of its major points. For more, the reference is Ćirković, “Evolutionary Catastrophes and the Goldilocks Problem,” accepted for publication in the International Journal of Astrobiology (abstract).

{ 11 comments }

Zen Blade September 20, 2007 at 8:47

Also, we should consider the question of: How long does it take for an “intelligent brain” or at least a complicated brain-like structure to emerge?

I say this because there are at least a few (possibly more) avian species with the ability to do… things we would not have imagined a generation ago. This is not to say that those abilities were evolved within my life time, but rather that those abilities have existed for quite some time, but it is only now that those abilities are being witnessed because we are only now studying/looking for said abilities.

http://en.wikipedia.org/wiki/Alex_%28parrot%29 [alex]
http://en.wikipedia.org/wiki/New_caledonian_crow

Ronald September 20, 2007 at 10:21

First of all, we should distinguish between ANY type of biological life and *intelligent* life. The article’s title and introduction suggest that it discusses TC’s chance of (any) biological life amidst meteoritic bombardment, but then continues to discuss intelligent life and impacts. A bit confusing. Even if circumstances on a planet near TC are prohibitive for intelligent life, it may still be teeming with other lifeforms.

What concerns me more is the fact that TC’s massive dust disk may be indicative of a failed planetary system, i.e. one only consisting of planetesimals, little rocks and dust. All this as a result of too low metallicity of the mother star (and its primordial disk), hence too little planet building material.

The picture that seems to be emerging over recent years is roughly: low metallicity -> no planets, maybe dust and asteroid-like rocks; (very) high metallicity -> (super) giant planets, often in close orbit (?); the ‘right’ metallicity range -> more ‘normal’ planetary system with some gas giants (on the outside) and possibly small rocky planets on the inside ??? The last part is still speculative (and maybe a bit of wishful thinking), but the correllation with metallicity seems to be high.

If I had to bet on the nearest promising candidates for such a ‘normal’ system I would say: Beta Canum Venaticorum, 61 Virginis, Alpha Mensae. Maybe 82 Eridani, if the metallicity is toward the higher end of the estimates I have seen for it.

andy September 20, 2007 at 13:41

Regarding the metallicity of Tau Ceti, it seems to be fairly similar to that of HD 155358, which hosts a planetary system containing two jovian planets.

The interesting question is the frequency of low-mass planets (Neptunes, super-Earths and terrestrials) in the low-metallicity regime. Gliese 581 and Gliese 436 have similar abundances, around 45% solar, or twice the metallicity of Tau Ceti and HD 155358.

So the case isn’t closed yet, though perhaps the large circumstellar disc implies that Tau Ceti never formed a Neptune-analogue in its outer system.

andy September 20, 2007 at 16:43

Then again, radial velocity measurements have put some quite strict limits on jovian planets around Tau Ceti: eccentric (e=0.6) planets with M sin i = 1 Jupiter mass are ruled out within about 3 AU of the star, and for circular orbits, out to around 5 AU: see this paper

So it seems that any planetary system around Tau Ceti is composed of low mass planets… Neptune-mass planets instead of Jupiters?

MaDeR September 20, 2007 at 17:24

“eccentric (e=0.6) planets with M sin i = 1 Jupiter mass are ruled out within about 3 AU of the star, and for circular orbits, out to around 5 AU:”

I heard that eccentricity is a unbiased variable in our searches. How it is?

Ronald September 21, 2007 at 9:15

@andy: thanks for the interesting additions.

Yes, Gliese 581 and Gliese 436 have low metallicity (about 45% of solar) and Neptune and/or super-earth class planets in close orbit. But these are M dwarfs and the rules may be just a bit different for them. I mean, maybe these planets are their (only) ‘giants’? If I remember well, there was ref. to a paper on this website recently about M dwarfs (especially with low metallicity) seldom having (real) giant planets.

BTW, I actually thought that Tau Ceti had metallicity almost similar to these two (and not only half that)? Admittedly, I have seen ranges of metallicity for TC from 0.22 up to 0.42 * solar.

HD 155358, as a solar type star, having 2 real jovians is quite encouraging (ans surprising?) for such low metallicity. Also encouraging is the fact that there are no giant planets around TC in close orbit, as the paper ref. by you indicates. Yes, the massive dust disk around TC may thus indeed be indicating only (very?) low mass planets, if any at all. No jovians at all, and probably not even subgiants (Neptunes), at least not in its outer regions.

George Hahn November 6, 2007 at 20:31

Mass estimates for the dust around Tau Ceti are about 1.2 Earth masses, compared to about .1 for the solar system. That seems too small to indicate a failed planetary system.

As Ronald pointed out, while intelligent life may be unlikely, more primitive life that could better survive the catastrophic events might still be possible. The existence of any life would be pretty mind-bending and would greatly influence estimates of intelligent life elsewhere in the billions of star systems in our galaxy.

One article suggested that a large planet might shield an earth-like planet from catastrophic impacts. The problem with that, of course, is that no such large planet has been found, at least yet. But what would the affect be if an earth-like planet had a large moon? Obviously the planet would be more massive, but still, one or even more than one, might have some affect.

Bonus September 3, 2008 at 14:44

Humanity`s existence in the present epoc doesn`t depend on the dinosaur wipeout. Biological dynasties applies only to specialised beings, and such specialisation is almost irreversible. The primates evolved in the trees because it was a dinosaur-free zone. Tyrannosaurus rex was too clumsy to be fast. The most dangerous carnivorous dinosaurs wrer roughly 2 meters long, and being hunted by them was not vastly different from being hunted by modern big cats. And the only reason why asteroids are so disasterous on earth is that they hit seldom. On a planet that was hit very frequently,the “asteroid winters” would be as little disasterous as seasonal changes is on Earth. Ergo, intelligent tau cetians is plausible.

ljk March 15, 2009 at 19:27

Cometary Life Limit

http://www.astrobio.net/news/article3066.html

Large debris disks around certain stars may imply a high rate of killer comets that wipe out any chance of life forming in these stellar systems.

Marcus May 27, 2009 at 2:01

Why are we concerned with intelligent life on Tau Ceti? The T. Ceti system is over 10 billion years old and has a low metallicity value. Any worlds in the Tau Ceti system would have their cores solid and their magnetic fields shut down by now. If there’s any planets there, they’ll resemble, Mars, a hot Mars, the Moon or one of the Oort worlds like Pluto or an outer planet’s moon. They’ll have thin atmospheres due to stellar wind ripping the atmosphere off and drying out the worlds.

There’s probably nothing alive in the system. Maybe there was, 7 or 8 billion years ago, but not now.

Manlio E. Wydler October 8, 2009 at 13:19

Me permito enviarles mi proposición, de que el meteorito del Yucatán no fué tan marcadamente deterninante:Tan terribles animales necesitaban de una “gran ayuda” para ser desplazados para dejar el lugar a los mamíferos marsupiales y mamíferos modernos como animales dominantes, en especial los últimos .Así que en la búsqueda de las causas se encontró lo que parece un gran cráter- hoy se sabe que es menor de lo supuesto- en Centroamérica y una “uniforme deposición” de Iridio –elemento abundante en los meteoritos-, en ciertas capas estratificadas que corresponderían a un tiempo geológico determinado- cosa que no es tan así- Sucedió esto a posteriori de la desaparición de los grandes saurios , como muestran diez mediciones temporales- ver más adelante. Un enorme meteorito impacta sobre la Tierra, produce vibraciones demoledoras y mortales, calor enorme, turbulencias atmosféricas espeluznantes, se levantan piedras y polvo hasta los confines exteriores de la atmósfera que ocultarán por bastante tiempo la luz y calor solar haciendo un “invierno polar”similar al atómico. Maremotos, tsunamis, terremotos, choques tectónicos y erupciones volcánicas que tratarían de nivelar presiones internas de la corteza terrestre herida. Realmente convincente, hasta que pensamos, como puede sobrevivir, no solo los dinosaurios, sino algo vivo en estas condiciones, porque lo que mate a un saurio, puede matar a cualquier animal grande o chico que habite las mismas zonas .Los saurios del mar, también desaparecieron, eso que el mar atempera los factores emergentes de un cataclismo, tan sentido en tierra firme, pero si bien también los dinosaurios marítimos hacían todo en el mar, la puesta de huevos se ponían en las costas a merced de los comedores de huevos. También sabemos que muchas plantas fueron perdiendo géneros, familias, etc., en el devenir de los tiempos -por ejemplo en las “cercanas” glaciaciones o por diversas causas- y los cambios cromosómicos generaron nuevas. Ante una catástrofe así, solo las plantas en estado de semillas podrían haber sobrevivido. Sin embargo las angiospermas, que habían aparecido en el Cretáceo, no sufrieron ningún tipo de extinción en estos tiempos “meteoríticos”, por el contrario se fueron radiando cada vez más. Algunas ramas de las gimnospermas se extinguieron antes, como las benitininas, casi seguramente al modificarse y convertirse en las nuevas magnoliformes, muy emparentadas- (1.).Las gimnospermas, por sus características, cambian muy poco con el tiempo, muchas especies hoy día son parecidas a las existentes antes que los dinosaurios(2); muy difícilmente podrían haber evolucionado desde una gran destrucción por el meteorito que cayó en el Yucatán hasta ahora. Del resto de los animales, los que tienen más posibilidades de sobrevivir a estas condiciones son los virus –cristalizados-, las bacterias –esporuladas-, gusanos y artrópodos -como huevos- que las especies más voluminosas siempre hablando de la tierra firme, o sea que nosotros y tantas especies de animales y plantas No existiríamos , con tan poco término , -límite k/t- , para regenerar todo desde prácticamente cero. Recortar los miles de millones de años que le tomo a la biología ensamblar los orgánulos y luego las primeras células. Todas las especies de aves, son herederos de ciertos dinosaurios, -desde los velocirraptores emplumados, sin habilidad para volar, como se descubrió en la China recientemente; aún no está claro la inducción a la aparición de las plumas, los huesos especiales, etc.- en tanto que los marsupiales y mamíferos a su vez son herederos de otro tipo de saurios. Los grandes dinosaurios, con huevos relativamente chicos para su tamaño de adultos resultarían fácil presa de los nuevos animales de sangre caliente, muy ágiles y más inteligentes. Sus nidadas muy probablemente fueron presa cada vez más asiduas de los astutos y veloces nuevos marsupiales, como hacen sospechar los descubrimientos de principio del año 2005 (3)

en que se descubrieron marsupiales carnívoros e insectívoros de casi dos metros de largo, con restos de huevos de dinosaurio y pequeños saurios dentro del tracto digestivo, todo en extraordinario estado de conservación Noticia impresa en muchos lugares y que se hizo notoria para el gran público por haber aparecido en el prestigioso Diario La Nación.
La cantera-dicho sea de paso- en la que se descubrió el “dinosaurio emplumado” y los marsupiales comedores de huevos de dinosaurios y sus crías de Liaoning, provincia norteña de la República China ha vuelto a ser noticia. Un equipo internacional de científicos chinos y americanos descubrieron el fósil más antiguo de animal placentario, en perfecto estado ya que, además del esqueleto, conserva las impresiones de las partes blandas y tejidos carbonizados.
Esta noticia, una realidad, algo inédita que cambia fundamentalmente las ideas conjeturales de una pléyade de autores anteriores, que no tenían estos datos. Aparece así una más razonable causa de desaparición de los dinosaurios. Esta práctica dietética, atacó el flanco débil de los dinosaurios: costumbre que en pocas centurias acabaron con la posibilidad de perpetuarse a estas grandes bestias terrestres y las aclimatadas al mar, cuyos huevos y crías debieron ser también presa fácil para las nuevas especies de mamíferos, que a su vez se fueron aclimatando a la vida acuática. Además, que los cocodrilos, se alimentaban de diversos tipos de dinosaurios y huevos, entre otros. Debemos pensar que los saurios, no son padres y madres muy aplicados, no se molestan demasiado por sus crías, siendo común incluso el canibalismo. Además tienen períodos de “apatía”, de un estado “paradojal”, durante horas de la noche, su actividad se reduce totalmente, dando así oportunidad a los “merodeadores nocturnos” para darse el atracón. Su crecimiento indefinido, necesita todas las horas del día para consumir alimento, en especial a los herbívoros. Aquí encontraríamos otro factor de desaparición, los herbívoros, con cada vez más huevos comidos y con más proporción relativa de carnívoros, verían disminuir más su número.
Todo en la evolución de la reproducción está signado por acrecentar la seguridad de la prole, así vemos como disminuye la necesidad del número de nuevos individuos según la característica de los elementos en cuestión. La evolución de la complejidad también la tuvieron los huevos cada vez más complicados y seguros, hasta que luego de los vivíparos aparecen los que cargan el feto en su interior en marsupiales : equidnas, ornitorrincos, zarigüeyas, canguros, etc. y más perfeccionados en los mamíferos propiamente dichos: cebras, puercos, monos, hombre, etc.. Como vemos la evolución a seguido en este aspecto también sistemas que aseguraran la supervivencia de las especies. La progenie de los dinosaurios -como huevos y crías jóvenes-, tenía muchas menos posibilidades de sobrevivir que las de los marsupiales, en los marsupios y mamíferos especialmente guardados en el vientre materno. Para que algunos ejemplares llegaran a adultos, cada hembra -de entre los primitivos animales- poco evolucionada debía producir muchos más de mil huevitos simples, luego bastaron menos de mil- de huevos más evolucionados-, posteriormente docenas –ovo -vivíparos- y finalmente camadas de pocos individuos –placentarios-, hasta llegar al humano con normalmente un descendiente por vez (al igual que otras especies de grandes mamíferos).Las nidadas de huevos de dinosaurios, al no poder ser convenientemente defendidas, fueron devoradas por estas nuevas especies que los tendrían como parte integrante de su menú – según los últimos descubrimientos- y que confirman la poca cantidad de huevos fósiles de dinosaurios encontrados ,

en especial enteros, así que por simple decrepitud, con generaciones jóvenes cada vez menos numerosas, las especies de dinosaurios sucumbieron, más allá de diferencias climáticas a veces aludidas en la actualidad hay regiones con clima caluroso como gustaban a estos animales. Los dinosaurios sobrevivientes son los que evolucionaron y colocaron sus huevos en las ramas de los árboles para protegerlos –Aves- y los que están sobre la tierra y los esconden enterrándolos – víboras, caimanes , etc.,-. Los grandes dinosaurios los colocaban amontonados sobre la superficie y no sabemos si alguno se quedaría para cuidarlos- no creo, necesitaban comer a toda hora, por su crecimiento contínuo e indefinido, y si lo hacían, no hubieran podido ser eficientes ante la “cacería” en grupos de las nuevas especies;……realmente creemos que no. Los pterosaurios ponían sus huevos en riscos, no en los árboles, también eran alcanzados por diversos animales nuevos en estos lugares.
Cuántos restos de dinosaurios se han encontrado en el llamado límite K/T, donde el meteorito se dice que exterminó a los dinosaurios y hasta 1500 kilómetros de distancia de la conflagración principal, o más allá ? Entre el carbón de la quemazón de los vegetales y el Iridio, supuestamente proveniente del meteoro, no hay restos de estas enormes “bestias”. Porqué? Simple : los dinosaurios habían muerto mucho antes porque sus huevos formaron parte de la dieta de los mediamos mamíferos marsupiales recientemente descubiertos.
Los anfibios, muchísimos existían de igual forma a actual antes de este acontecimiento, lo que demuestra que no hubo enormes lluvias ácidas. Son muy sensibles a ella, como los cocodrilos, saurios, lagartijas y tortugas que han llegado indemnes hasta nosotros. Al igual que muchas especies de insectos.
Más nuestros ancestros animales sobrevivieron como los que finalmente dieron al eslabón perdido de nuestra rama. Recordar que ya se ha encontrado el “eslabón perdido” de los precursores del género Homo, hace ya 48 millones de años. Muy cerca del famoso límite K/T.
¿Y el meteorito?, puede que haya caído, que haya hecho mucho daño, pero no tanto que justificara la destrucción de los dinosaurios por si solo, porque hubiera destruido además casi toda o toda la vida sobre el mundo, que sabemos por su complejidad no hubiera tenido tiempo de reconstruirse desde poco antes del “terciario” a nuestros días.
Por lo tanto, por todo lo expuesto, si bien muchos cambios ambientales, de temperatura y geográficos, posibles enfermedades, etc., pudieron influir, pero las nuevas especies de placentarios, marsupiales y mamíferos modernos fueron los que determinaron el fin del dominio de los dinosaurio : Se alimentaron de sus pequeñas crías y sus mal cuidados huevos.

(1)Según Bakker, Barret, Batten, Bremmer, Chamberlaine, Hughes, Martín, Page, etc
(2) Strassburger y otros)
(3)Diario La Nación del 14/01/05 en la pág. 12- descubrimiento en China- . Fuente: Revista Nature. Large Mesozoic mammalsfedon young dinosaurs. Yaoming Hu, Yaouming Wang y Chuankul Li.

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