Beboelige planeter omkring røde dværgstjerner får muligvis ikke nok fotoner til at understøtte plantelivet

I de seneste år, antallet af ekstra-solar planeter opdaget omkring den nærliggende M-type (røde dværg stjerner) er vokset betydeligt. I mange tilfælde, disse bekræftede planeter har været "jordlignende, " hvilket betyder, at de er terrestriske (aka. stenede) og kan sammenlignes i størrelse med Jorden. Disse fund har været særligt spændende, da røde dværgstjerner er de mest almindelige i universet - alene tegner sig for 85 procent af stjernerne i Mælkevejen.

Desværre, adskillige undersøgelser er blevet udført på det seneste, der indikerer, at disse planeter muligvis ikke har de nødvendige betingelser for at understøtte liv. Det seneste kommer fra Harvard University, hvor postdoc-forsker Manasvi Lingam og professor Abraham Loeb demonstrerer, at planeter omkring stjerner af M-typen muligvis ikke får nok stråling fra deres stjerner til, at fotosyntese kan forekomme.

Enkelt sagt, liv på Jorden menes at være opstået for mellem 3,7 og 4,1 milliarder år siden (under den sene Hadean eller den tidlige arkæiske Eon), på et tidspunkt, hvor planetens atmosfære ville have været giftig for liv i dag. For mellem 2,9 og 3 milliarder år siden, fotosyntesebakterier begyndte at dukke op og begyndte at berige atmosfæren med iltgas.

Som resultat, Jorden oplevede det, der er kendt som "den store oxidationsbegivenhed" for omkring 2,3 milliarder år siden. I løbet af denne tid, fotosyntetiske organismer konverterede gradvist Jordens atmosfære fra en atmosfære, der overvejende består af kuldioxid og metan, til en, der består af nitrogen og oxygengas (~78 procent og 21 procent, henholdsvis).

Interessant nok, andre former for fotosyntese menes at være opstået endnu hurtigere end klorofylfotosyntese. Disse omfatter retinal fotosyntese, som fremkom ca. 2,5 til 3,7 milliarder år siden og eksisterer stadig i begrænsede nichemiljøer i dag. Som navnet antyder, denne proces er afhængig af retinal (en type lilla pigment) til at absorbere solenergi i den gul-grønne del af det synlige spektrum (400 til 500 nm).

Der er også anoxygen fotosyntese (hvor kuldioxid og to vandmolekyler behandles for at skabe formaldehyd, vand og iltgas), som menes at gå forud for oxygenisk fotosyntese helt. Hvordan og hvornår forskellige typer fotosyntese opstod, er nøglen til at forstå, hvornår livet på Jorden begyndte. Som professor Loeb forklarede til Universe Today via e-mail:

""Fotosyntese" betyder 'sammensætte' (syntese) ved lys (foto). Det er en proces, der bruges af planter, alger eller bakterier for at omdanne sollys til kemisk energi, der giver næring til deres aktiviteter. Den kemiske energi er lagret i kulstofbaserede molekyler, som er syntetiseret af kuldioxid og vand. Denne proces frigiver ofte ilt som et biprodukt, som er nødvendig for vores eksistens. Samlet set, fotosyntesen leverer alle de organiske forbindelser og det meste af den energi, der er nødvendig for liv, som vi kender det på planeten Jorden. Fotosyntese opstod relativt tidligt i Jordens evolutionære historie."

Undersøgelser som disse, som undersøger fotosyntesens rolle, er ikke kun vigtige, fordi de hjælper os med at forstå, hvordan liv opstod på Jorden. Ud over, de kunne også hjælpe med at informere vores forståelse af, hvorvidt liv kunne opstå på planeter udenfor solen, og under hvilke forhold dette kunne finde sted.

Deres studie, med titlen "Fotosyntese på beboelige planeter omkring stjerner med lav masse, " optrådte for nylig online og blev indsendt til Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society . Af hensyn til deres studie, Lingam og Loeb forsøgte at begrænse fotonstrømmen af ​​stjerner af M-typen for at afgøre, om fotosyntese er mulig på jordiske planeter, der kredser om røde dværgstjerner. Som Loeb sagde:

"I vores papir har vi undersøgt, om fotosyntese kan forekomme på planeter i den beboelige zone omkring stjerner med lav masse. Denne zone er defineret som det område af afstande fra stjernen, hvor planetens overfladetemperatur tillader eksistensen af ​​flydende vand og kemien. af livet, som vi kender det. For planeter i den zone, vi beregnede den ultraviolette (UV) flux, der belyser deres overflade som en funktion af massen af ​​deres værtsstjerne. Stjerner med lav masse er køligere og producerer færre UV-fotoner pr. mængde stråling."

I overensstemmelse med de seneste fund, der involverer røde dværgstjerner, deres undersøgelse fokuserede på "Jord-analoger, "planeter, der har de samme grundlæggende fysiske parametre som Jorden - dvs. radius, masse, sammensætning, effektiv temperatur, albedo, osv. Da de teoretiske grænser for fotosyntese omkring andre stjerner ikke er godt forstået, de arbejdede også med de samme grænser som dem på Jorden - mellem 400 og 750 nm.

Fra dette, Lingam og Loeb beregnede, at lavmassestjerner af M-typen ikke ville være i stand til at overskride den minimale UV-flux, der kræves for at sikre en biosfære svarende til Jordens. Som Loeb illustrerede:

"Dette antyder, at de beboelige planeter, der er opdaget i løbet af de sidste par år omkring de nærliggende dværgstjerner, Proxima Centauri (nærmeste stjerne på Solen, 4 lysår væk, 0,12 solmasser, med én beboelig planet, Proxima b) og TRAPPIST-1 (40 lysår væk, 0,09 solmasser, med tre beboelige planeter TRAPPIST-1e, f, g), sandsynligvis ikke har en jordlignende biosfære. Mere generelt, de spektroskopiske undersøgelser af sammensætningen af ​​atmosfærerne på planeter, der passerer deres stjerner (som TRAPPIST-1), vil sandsynligvis ikke finde biomarkører, såsom ilt eller ozon, på sporbare niveauer. Hvis der findes ilt, dets oprindelse er sandsynligvis ikke-biologisk."

Naturligt, der er grænser for denne form for analyse. Som tidligere nævnt, Lingam og Loeb indikerer, at de teoretiske grænser for fotosyntese omkring andre stjerner ikke er velkendte. Indtil vi lærer mere om planetariske forhold og strålingsmiljøet omkring stjerner af M-typen, videnskabsmænd vil blive tvunget til at bruge målinger baseret på vores egen planet.

Sekund, der er også det faktum, at stjerner af M-typen er variable og ustabile sammenlignet med vores sol og oplever periodiske opblussen. Med henvisning til anden forskning, Lingam og Loeb indikerer, at disse kan have både positive og negative effekter på en planets biosfære. Kort sagt, stjerneudbrud kunne give yderligere UV-stråling, der ville hjælpe med at udløse præbiotisk kemi, men kan også være skadelig for en planets atmosfære.

Alligevel, undtagen mere intensive undersøgelser af ekstrasolare planeter, der kredser om røde dværgstjerner, videnskabsmænd er tvunget til at stole på teoretiske vurderinger af, hvor sandsynligt liv ville være på disse planeter. Hvad angår resultaterne præsenteret i denne undersøgelse, de er endnu en indikation af, at røde dværgstjernesystemer måske ikke er det mest sandsynlige sted at finde beboelige verdener.

Hvis sandt, disse resultater kunne også have drastiske implikationer i Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI). "Da ilten produceret ved fotosyntese er en forudsætning for komplekst liv som mennesker på Jorden, det vil også være nødvendigt for at teknologisk intelligens kan udvikle sig, sagde Loeb. Til gengæld, fremkomsten af ​​sidstnævnte åbner muligheden for at finde liv via teknologiske signaturer såsom radiosignaler eller gigantiske artefakter."

For nu, søgningen efter beboelige planeter og liv bliver fortsat informeret af teoretiske modeller, der fortæller os, hvad vi skal være på udkig efter. På samme tid, disse modeller er fortsat baseret på "livet, som vi kender det" - dvs. at bruge jord-analoger og terrestriske arter som eksempler. Heldigvis, astronomer forventer at lære meget mere i de kommende år takket være udviklingen af ​​næste generations instrumenter.