Forskere identificerer exoplaneter, hvor liv kunne udvikle sig, som det gjorde på Jorden

Forskere har identificeret en gruppe planeter uden for vores solsystem, hvor de samme kemiske forhold, som kan have ført til liv på Jorden, eksisterer.

Forskerne, fra University of Cambridge og Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology (MRC LMB), fandt ud af, at chancerne for at liv udvikler sig på overfladen af ​​en klippeplanet som Jorden er forbundet med typen og styrken af ​​lys afgivet af dens værtsstjerne.

Deres studie, offentliggjort i tidsskriftet Videnskabens fremskridt , foreslår, at stjerner, der afgiver tilstrækkeligt med ultraviolet (UV) lys, kan sætte gang i livet på deres kredsende planeter på samme måde, som det sandsynligvis udviklede sig på Jorden, hvor UV-lyset driver en række kemiske reaktioner, der producerer livets byggesten.

Forskerne har identificeret en række planeter, hvor UV-lyset fra deres værtsstjerne er tilstrækkeligt til at tillade disse kemiske reaktioner at finde sted, og som ligger inden for det beboelige område, hvor flydende vand kan eksistere på planetens overflade.

"Dette arbejde giver os mulighed for at indsnævre de bedste steder at søge efter livet, " sagde Dr. Paul Rimmer, en postdoc-forsker med fælles tilknytning ved Cambridges Cavendish Laboratory og MRC LMB, og avisens første forfatter. "Det bringer os bare en lille smule tættere på at løse spørgsmålet om, hvorvidt vi er alene i universet."

Det nye papir er resultatet af et igangværende samarbejde mellem Cavendish Laboratory og MRC LMB, samler organisk kemi og exoplanetforskning. Det bygger på professor John Sutherlands arbejde, en medforfatter på det aktuelle papir, der studerer livets kemiske oprindelse på Jorden.

I et papir udgivet i 2015, Professor Sutherlands gruppe ved MRC LMB foreslog, at cyanid, selvom en dødelig gift, var faktisk en nøgleingrediens i den ursuppe, hvorfra alt liv på Jorden opstod.

I denne hypotese, kulstof fra meteoritter, der bragede ind i den unge Jord, interagerede med nitrogen i atmosfæren for at danne hydrogencyanid. Hydrogencyaniden regnede til overfladen, hvor det interagerede med andre elementer på forskellige måder, drevet af UV-lyset fra solen. Kemikalierne produceret fra disse interaktioner genererede byggestenene i RNA, den nære slægtning til DNA, som de fleste biologer mener var det første molekyle i livet til at bære information.

I laboratoriet, Sutherlands gruppe genskabte disse kemiske reaktioner under UV-lamper, og genererede forstadier til lipider, aminosyrer og nukleotider, som alle er væsentlige komponenter i levende celler.

"Jeg stødte på disse tidligere eksperimenter, og som astronom, mit første spørgsmål er altid, hvilken slags lys bruger du, som de som kemikere ikke rigtig havde tænkt over, " sagde Rimmer. "Jeg startede med at måle antallet af fotoner, der udsendes af deres lamper, og så indså, at det var et ligetil næste skridt at sammenligne dette lys med lyset fra forskellige stjerner."

De to grupper udførte en række laboratorieforsøg for at måle, hvor hurtigt livets byggesten kan dannes af hydrogencyanid og hydrogensulfitioner i vand, når de udsættes for UV-lys. De udførte derefter det samme eksperiment i fravær af lys.

"Der er kemi, der sker i mørke:den er langsommere end den kemi, der sker i lyset, men det er der, " sagde seniorforfatter professor Didier Queloz, også fra Cavendish Laboratory. "Vi ville se, hvor meget lys der skulle til for den lyse kemi at vinde over den mørke kemi."

Det samme eksperiment udført i mørke med hydrogencyanid og hydrogensulfitt resulterede i en inert forbindelse, som ikke kunne bruges til at danne livets byggesten, mens eksperimentet udført under lysene resulterede i de nødvendige byggeklodser.

Forskerne sammenlignede derefter lyskemien med den mørke kemi mod forskellige stjerners UV-lys. De plottede mængden af ​​UV-lys tilgængeligt for planeter i kredsløb omkring disse stjerner for at bestemme, hvor kemien kunne aktiveres.

De fandt ud af, at stjerner omkring samme temperatur som vores sol udsendte nok lys til, at livets byggesten kunne være dannet på overfladen af ​​deres planeter. Seje stjerner, på den anden side, producerer ikke nok lys til at disse byggesten kan dannes, undtagen hvis de har hyppige kraftige soludbrud for at rykke kemien frem skridt for skridt. Planeter, der både modtager nok lys til at aktivere kemien og kunne have flydende vand på deres overflader, bor i det, forskerne har kaldt abiogenese-zonen.

Blandt de kendte exoplaneter, som opholder sig i abiogenese-zonen, er flere planeter opdaget af Kepler-teleskopet, inklusive Kepler 452b, en planet, der har fået tilnavnet Jordens 'fætter', selvom det er for langt væk til at sondere med den nuværende teknologi. Næste generations teleskoper, såsom NASAs TESS og James Webb teleskoper, vil forhåbentlig være i stand til at identificere og potentielt karakterisere mange flere planeter, der ligger inden for abiogenese-zonen.

Selvfølgelig, det er også muligt, at hvis der er liv på andre planeter, at den har eller vil udvikle sig på en helt anden måde, end den gjorde på Jorden.

"Jeg er ikke sikker på, hvor betinget livet er, men givet at vi kun har ét eksempel indtil videre, det giver mening at lede efter steder, der ligner os mest, " sagde Rimmer. "Der er en vigtig skelnen mellem, hvad der er nødvendigt, og hvad der er tilstrækkeligt. Byggestenene er nødvendige, men de er måske ikke tilstrækkelige:det er muligt, at du kan blande dem i milliarder af år, og der sker ikke noget. Men man vil i det mindste se på de steder, hvor de nødvendige ting findes.«

Ifølge de seneste skøn, der er så mange som 700 millioner billioner jordiske planeter i det observerbare univers. "At få en idé om, hvilken brøkdel der har været, eller kan være, klar til livet fascinerer mig, " sagde Sutherland. "Selvfølgelig, at være klar til livet er ikke alt, og vi ved stadig ikke, hvor sandsynligt livets oprindelse er, selv under gunstige omstændigheder - hvis det er virkelig usandsynligt, kan vi være alene, men hvis ikke, vi kan have selskab."