Ny klasse af beboelige exoplaneter repræsenterer et stort skridt fremad i søgen efter liv

En ny klasse af exoplaneter, der er meget anderledes end vores egen, men som kunne understøtte livet, er blevet identificeret af astronomer, hvilket i høj grad kunne fremskynde søgen efter liv uden for vores solsystem.

I søgen efter liv et andet sted, astronomer har for det meste ledt efter planeter af samme størrelse, masse, temperatur og atmosfærisk sammensætning til Jorden. Imidlertid, astronomer fra University of Cambridge mener, at der er flere lovende muligheder derude.

Forskerne har identificeret en ny klasse af beboelige planeter, kaldet 'Hycean' planeter - varme, oceandækkede planeter med brintrige atmosfærer - som er flere og mere observerbare end jordlignende planeter.

Forskerne siger, at resultaterne, rapporteret i The Astrophysical Journal , kunne betyde, at det er en reel mulighed at finde biosignaturer af liv uden for vores solsystem inden for de næste to eller tre år.

"Hyceanplaneter åbner en helt ny vej i vores søgen efter liv andre steder, " sagde Dr. Nikku Madhusudhan fra Cambridge's Institute of Astronomy, der ledede forskningen.

Mange af de primære Hycean-kandidater identificeret af forskerne er større og varmere end Jorden, men har stadig de egenskaber, der er til at være vært for store oceaner, der kunne understøtte mikrobielt liv svarende til det, der findes i nogle af Jordens mest ekstreme vandmiljøer.

Disse planeter giver også mulighed for en langt bredere beboelig zone, eller 'Goldilocks zone', sammenlignet med jordlignende planeter. Det betyder, at de stadig kunne understøtte liv, selvom de ligger uden for det område, hvor en planet, der ligner Jorden, skulle være for at være beboelig.

Tusindvis af planeter uden for vores solsystem er blevet opdaget, siden den første exoplanet blev identificeret for næsten 30 år siden. Langt de fleste er planeter på størrelse med Jorden og Neptun og omtales ofte som 'superjorde' eller 'mini-Neptuner':de kan overvejende være klippe- eller isgiganter med brintrige atmosfærer, eller noget midt imellem.

De fleste mini-Neptuner er over 1,6 gange jordens størrelse:mindre end Neptun, men for store til at have stenet indre som Jorden. Tidligere undersøgelser af sådanne planeter har fundet ud af, at trykket og temperaturen under deres brintrige atmosfærer ville være for høje til at understøtte liv.

Imidlertid, en nylig undersøgelse af mini-Neptun K2-18b af Madhusudhans team fandt, at under visse forhold kunne disse planeter understøtte liv. Resultatet førte til en detaljeret undersøgelse af hele rækken af ​​planetariske og stjerneegenskaber, for hvilke disse forhold er mulige, hvilke kendte exoplaneter, der kan opfylde disse betingelser, og om deres biosignaturer kan observeres.

Undersøgelsen fik forskerne til at identificere en ny klasse af planeter, Hycean planeter, med massive verdenshave under brintrige atmosfærer. Hyceanplaneter kan være op til 2,6 gange større end Jorden og have atmosfæriske temperaturer op til næsten 200 grader Celsius, men deres oceaniske forhold kan ligne dem, der er befordrende for mikrobielt liv i Jordens oceaner. Sådanne planeter inkluderer også tidevandslåste 'mørke' hyceiske verdener, der muligvis kun har beboelige forhold på deres permanente natsider, og 'kolde' hyceanske verdener, der modtager lidt stråling fra deres stjerner.

Planeter af denne størrelse dominerer den kendte exoplanetpopulation, selvom de ikke er blevet studeret nær så meget detaljeret som superjorder. Hycean-verdener er sandsynligvis ret almindelige, hvilket betyder, at de mest lovende steder at lede efter liv andre steder i galaksen kan have gemt sig i almindeligt syn.

Imidlertid, størrelse alene er ikke nok til at bekræfte, om en planet er Hycean:andre aspekter såsom masse, temperatur og atmosfæriske egenskaber er nødvendige for bekræftelse.

Når man forsøger at bestemme, hvordan forholdene er på en planet mange lysår væk, astronomer skal først afgøre, om planeten ligger i dens beboelige zone af sin stjerne, og derefter lede efter molekylære signaturer for at udlede planetens atmosfæriske og indre struktur, som styrer overfladeforholdene, tilstedeværelse af oceaner og potentiale for liv.

Astronomer leder også efter visse biosignaturer, som kunne indikere muligheden for liv. Oftest, disse er ilt, ozon, metan og lattergas, som alle er til stede på Jorden. Der er også en række andre biomarkører, såsom methylchlorid og dimethylsulfid, der er mindre udbredt på Jorden, men som kan være lovende indikatorer for liv på planeter med brintrige atmosfærer, hvor ilt eller ozon måske ikke er så rigeligt.

"I bund og grund, når vi har ledt efter disse forskellige molekylære signaturer, vi har fokuseret på planeter, der ligner Jorden, hvilket er et rimeligt sted at starte, " sagde Madhusudhan. "Men vi tror, ​​at Hycean-planeter giver en bedre chance for at finde flere sporbiosignaturer."

"Det er spændende, at beboelige forhold kan eksistere på planeter, der er så forskellige fra Jorden, " sagde medforfatter Anjali Piette, også fra Cambridge.

Madhusudhan og hans team fandt ud af, at et antal spor af terrestriske biomarkører, der forventes at være til stede i hycean-atmosfærer, let kunne påvises med spektroskopiske observationer i den nærmeste fremtid. De større størrelser, højere temperaturer og hydrogenrige atmosfærer på Hycean-planeter gør deres atmosfæriske signaturer meget mere påviselige end jordlignende planeter.

Cambridge-teamet identificerede et betydeligt udsnit af potentielle Hycean-verdener, som er de bedste kandidater til detaljeret undersøgelse med næste generations teleskoper, såsom James Webb Space Telescope (JWST), som skal lanceres senere i år. Disse planeter kredser alle om røde dværgstjerner mellem 35-150 lysår væk:tæt på astronomiske standarder. Planlagte JWST-observationer af den mest lovende kandidat, K2-18b, kunne føre til påvisning af et eller flere biosignaturmolekyler.

"En biosignaturdetektering ville transformere vores forståelse af livet i universet, " sagde Madhusudhan. "Vi er nødt til at være åbne om, hvor vi forventer at finde liv, og hvilken form livet kunne tage, som naturen fortsætter med at overraske os på ofte utænkelige måder."