Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kompleks liv kan kræve en meget smal beboelig zone

De voldsomme udbrud fra røde dværgstjerner, især unge, kan gøre planeter i deres såkaldte beboelige zone ubeboelige. Kredit:NASA, ESA, og D. Player (STScI)

Siden Kepler-rumteleskopet blev opsendt ud i rummet, antallet af kendte planeter ud over solsystemet (exoplaneter) er vokset eksponentielt. På nuværende tidspunkt 3, 917 planeter er blevet bekræftet i 2, 918 stjernesystemer, mens 3, 368 afventer bekræftelse. Af disse, omkring 50 kredsløb inden for deres stjernes circumstellar beboelige zone (også kaldet "Goldilocks Zone"), den afstand, hvormed flydende vand kan eksistere på en planets overflade.

Imidlertid, nyere forskning har rejst muligheden for, at det, vi anser for at være en beboelig zone, er for optimistisk. Ifølge en ny undersøgelse, der for nylig dukkede op på nettet, med titlen "En begrænset beboelig zone for komplekst liv, " beboelige zoner kunne være meget smallere end oprindeligt antaget. Disse resultater kan have en drastisk indvirkning på antallet af planeter, videnskabsmænd anser for at være "potentielt beboelige."

Undersøgelsen blev ledet af Edward W. Schwieterman, en NASA postdoc-stipendiat ved University of California, Riverside, og inkluderede forskere fra Alternative Earths Team (en del af NASA Astrobiology Institute), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), og NASA Goddard Institute for Space Studies.

Ifølge tidligere estimater baseret på Kepler-data, Forskere konkluderede, at der sandsynligvis vil være 40 milliarder jordlignende planeter alene i Mælkevejsgalaksen, 11 milliarder af dem vil sandsynligvis kredse om stjerner som solen (dvs. gule dværge af G-typen). Anden forskning har vist, at dette tal kan være så højt som 60 milliarder eller endda 100 milliarder, afhængigt af de parametre, der bruges til at definere beboelige zoner.

Disse resultater er bestemt opmuntrende, da de antyder, at Mælkevejen kunne vrimle med liv. Desværre, nyere forskning i planeter uden for sol har sået tvivl om disse tidligere skøn. Dette er især tilfældet, hvor tidevandslåste planeter, der kredser om stjerner af M-typen (rød dværg).

Ud over, forskning i, hvordan livet udviklede sig på Jorden, har vist, at vand alene ikke garanterer liv – heller ikke for den sags skyld, gør tilstedeværelsen af ​​iltgas. Derudover Schwieterman og hans kolleger overvejede to andre store biosignaturer, der er essentielle for livet, som vi kender det - kuldioxid og kulilte.

Exoplanet Kepler 62f ville have brug for en atmosfære rig på kuldioxid for at vand kunne være i flydende form. Kredit:NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle

For meget af disse forbindelser ville være giftige for komplekst liv, hvorimod for lidt ville betyde, at tidlige prokaryoter ikke ville dukke op. Hvis livet på Jorden er nogen indikation, grundlæggende livsformer er afgørende, hvis de er mere komplekse, iltforbrugende livsformer skal udvikle sig. Af denne grund, Schwieterman og hans kolleger forsøgte at revidere definitionen af ​​en beboelig zone for at tage højde for dette.

For at være fair, at beregne omfanget af en beboelig zone er aldrig let. Ud over deres afstand fra deres stjerne, overfladetemperaturen på en planet afhænger af forskellige feedback-mekanismer i atmosfæren såsom drivhuseffekten. Oven i købet, den konventionelle definition af en beboelig zone antager eksistensen af ​​"jordlignende" forhold.

Dette indebærer en atmosfære, der er rig på nitrogen, ilt, kuldioxid og vand, og stabiliseret af den samme carbonat-silikat geokemiske cyklusproces, som findes på Jorden. I denne proces, sedimentering og forvitring får silikatbjergarter til at blive kulstofholdige, mens geologisk aktivitet får kulstofbjergarter til at blive silikatbaserede igen.

Dette fører til en feedback-loop, der sikrer, at kuldioxidniveauerne i atmosfæren forbliver relativt stabile, hvilket giver mulighed for en stigning i overfladetemperaturer. Jo tættere planeten er på den indre kant af den beboelige zone, jo mindre kuldioxid skal der til for at dette kan ske. Som Schwieterman forklarede i en nylig artikel af MIT Technology Review:"Men for de midterste og ydre regioner af den beboelige zone, atmosfæriske kuldioxidkoncentrationer skal være meget højere for at opretholde temperaturer, der er befordrende for flydende overfladevand."

Til at illustrere, holdet brugte Kepler-62f som eksempel. Det er en superjord, der kredser om en stjerne af K-typen (lidt mindre og svagere end solen), der ligger omkring 990 lysår fra Jorden. Denne planet kredser om sin stjerne i omtrent samme afstand som Venus gør solen, men stjernens nederste masse betyder, at den er på yderkanten af ​​den beboelige zone.

Da det blev opdaget i 2013, denne planet blev anset for at være en god kandidat til udenjordisk liv, forudsat at der er en tilstrækkelig drivhuseffekt. Imidlertid, Schwieterman og hans kolleger beregnede, at det ville tage 1, 000 gange mere kuldioxid (300 til 500 kilopascal) end hvad der fandtes på Jorden, da komplekse livsformer først udviklede sig (ca. 1,85 milliarder år siden).

Et diagram, der viser grænserne for beboelig zone (HZ), og hvordan grænserne påvirkes af stjernetype. Kredit:Wikipedia Commons/Chester Harman

Imidlertid, denne mængde kuldioxid ville være giftig for de fleste komplekse livsformer her på Jorden. Som resultat, Kepler-62f ville ikke være en egnet kandidat for livet, selvom det var varmt nok til at have flydende vand. Når de først har indregnet disse fysiologiske begrænsninger, Schwieterman og hans team konkluderede, at den beboelige zone for komplekst liv skal være betydeligt smallere - en fjerdedel af, hvad der tidligere blev anslået.

Schwieterman og hans kolleger beregnede også, at nogle exoplaneter sandsynligvis vil have højere niveauer af kulilte, fordi de kredser om kølige stjerner. Dette sætter en betydelig begrænsning på de beboelige zoner af røde dværgstjerner, som tilfældigvis tegner sig for 75 procent af stjernerne i universet - og som menes at være det mest sandsynlige sted at finde planeter, der er terrestriske (dvs. stenede) i naturen.

Disse resultater kan have drastiske konsekvenser for, hvad videnskabsmænd anser for at være potentielt beboeligt, for ikke at nævne grænserne for en stjernes beboelige zone. Schwieterman sagde:"En implikation er, at vi måske ikke forventer at finde tegn på intelligent liv eller teknosignaturer på planeter, der kredser om sene M-dværge eller på potentielt beboelige planeter nær den ydre kant af deres beboelige zoner."

For at komplicere sagerne yderligere, denne undersøgelse er en af ​​flere, der sætter yderligere begrænsninger på, hvad der kunne betragtes som beboelige planeter på det seneste. Alene i 2019 der er blevet udført forskning, der viser, hvordan røde dværgstjernesystemer måske ikke har de nødvendige råmaterialer til, at liv kan dannes, og at røde dværgstjerner måske ikke giver nok fotoner til at fotosyntese kan finde sted.

Alt dette tilføjer den tydelige mulighed for, at livet i vores galakse kan være sjældnere end tidligere antaget. Men selvfølgelig, at vide med nogen sikkerhed, hvad grænserne for beboelighed er, vil kræve flere undersøgelser. Heldigvis, vi skal ikke vente for længe på at finde ud af det da flere næste generations teleskoper vil blive operationelle i det kommende årti.

Disse omfatter James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT) og Giant Magellan Telescope (GMT). Disse og andre banebrydende instrumenter forventes at give mulighed for meget mere detaljerede undersøgelser og karakteriseringer af exoplaneter. Og når de gør det, vi får en bedre idé om, hvor sandsynligt livet er derude.