Nyt værktøj hjælper med at fortolke fremtidige søgninger efter liv på exoplaneter

Er der liv på en fjern planet? En måde, astronomer forsøger at finde ud af, er ved at analysere lyset, der er spredt fra en planets atmosfære. Noget af det lys, som stammer fra de stjerner, den kredser om, har interageret med sin atmosfære, og giver vigtige ledetråde til de gasser, den indeholder. Hvis gasser som ilt, metan eller ozon påvises, som kunne indikere tilstedeværelsen af ​​levende organismer. Sådanne gasser er kendt som biosignaturer. Et team af forskere fra EPFL og Tor Vergata Universitet i Rom har udviklet en statistisk model, der kan hjælpe astronomer med at fortolke resultaterne af søgningen efter disse "tegn på liv." Deres forskning er netop blevet offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

Siden den første exoplanet - en planet, der kredser om en anden stjerne end solen - blev opdaget for 25 år siden, over 4, 300 flere er blevet identificeret. Og listen vokser stadig:en ny opdages hver anden eller tredje dag. Omkring 200 af de hidtil fundet exoplaneter er telluriske, hvilket betyder, at de hovedsageligt består af sten, ligesom Jorden. Selvom det ikke er det eneste krav for en planet for at være vært for liv - den skal også have vand og være en vis afstand fra sin sol - det er et kriterium, som astronomer bruger til at fokusere deres søgning.

I de kommende år, brugen af ​​gasspektroskopi til at detektere biosignaturer i planeters atmosfærer vil blive et stadig vigtigere element i astronomi. Mange forskningsprogrammer er allerede i gang på dette område, såsom for CHEOPS exoplanet-jagtsatellitten, som gik i kredsløb i december 2019, og James-Webb optiske teleskop, planlagt lanceret i oktober 2021.

Starter med en ukendt

Mens der er gjort store fremskridt med at opdage exoplanetariske biosignaturer, flere spørgsmålstegn er tilbage. Hvad er implikationerne af denne form for forskning? Og hvordan skal vi fortolke resultaterne? Hvad hvis der kun opdages én biosignatur på en planet? Eller hvad hvis der ikke opdages nogen biosignaturer - hvad skal vi konkludere? Den slags spørgsmål er, hvad EPFL-Tor Vergata-forskerne satte sig for at besvare med deres nye model.

Deres arbejde tackler problemet fra en ny vinkel. Traditionelt, astronomer har ledt efter liv på en anden planet baseret på, hvad vi ved om liv og biologisk udvikling på Jorden. Men med deres nye metode, forskerne startede med en ukendt:hvor mange andre planeter i vores galakse, der har en eller anden form for liv. Deres model inkorporerer faktorer som det anslåede antal andre stjerner i galaksen, der ligner solen, og hvor mange telluriske planeter, der kan kredse inden for en beboelig afstand fra disse stjerner. Den bruger Bayesianske statistikker - især velegnet til små prøvestørrelser - til at beregne sandsynligheden for liv i vores galakse baseret på hvor mange biosignaturer, der detekteres:en, flere eller slet ingen.

"Intuitivt, det giver mening, at hvis vi finder liv på en anden planet, der er sikkert mange andre i galaksen med en eller anden type levende organisme. Men hvor mange?" siger Amedeo Balbi, en professor i astronomi og astrofysik i Tor Vergatas fysikafdeling. "Vores model gør den intuitive antagelse til en statistisk beregning, og lader os bestemme præcis, hvad tallene betyder med hensyn til mængde og frekvens."

"Astronomer bruger allerede forskellige antagelser til at vurdere, hvor troværdigt liv er på en given planet, " siger Claudio Grimaldi, en videnskabsmand ved EPFL's Laboratory of Physics of Complex Matter (LPMC), som også er tilknyttet Enrico Fermi Research Center i Rom. "Et af vores forskningsmål var således at udvikle en metode til at veje og sammenligne disse antagelser i lyset af de nye data, der vil blive indsamlet i løbet af de kommende år."

Spredning fra en planet til en anden

I betragtning af det lille antal planeter, der sandsynligvis vil blive undersøgt i den nærmeste fremtid, og antager, at liv vil opstå uafhængigt på en hvilken som helst planet, EPFL-Tor Vergata-undersøgelsen viste, at hvis blot én biosignatur opdages, vi kan konkludere med en større end 95 % sandsynlighed for, at der er over 100, 000 beboede planeter i galaksen - mere end antallet af pulsarer, som er objekter skabt, når en massiv stjerne eksploderer i slutningen af ​​sin levetid. På den anden side, hvis ingen biosignaturer påvises, vi kan ikke nødvendigvis konkludere, at andre livsformer ikke findes andre steder i Mælkevejen.

Forskerne så også på teorien om panspermia, som siger, at i stedet for at dukke op uafhængigt på en given planet, livsformer kunne overføres fra en anden planet - såsom gennem organisk stof eller mikroskopiske organismer, der transporteres på kometer eller spredes mellem naboplaneter. Dette indebærer, at sandsynligheden for liv på en planet også afhænger af, hvor langt den er fra andre planeter, og hvor let forskellige livsformer - hvis fysiske egenskaber kan være ekstremt forskellige fra dem, vi kender - er i stand til at modstå de ekstreme forhold i rummet rejse og tilpasse sig den nye planet. Indregning af panspermia ændrer det udledte antal af beboede planeter andre steder i galaksen.