Vil vi vide, om TRAPPIST-1e har liv?

Søgningen efter ekstrasolare planeter gennemgår i øjeblikket et seismisk skift. Med indsættelsen af ​​Kepler-rumteleskopet og Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) opdagede videnskabsmænd tusindvis af exoplaneter, hvoraf de fleste blev opdaget og bekræftet ved hjælp af indirekte metoder.

Men i de senere år, og med lanceringen af ​​James Webb Space Telescope (JWST), har feltet været på vej mod karakterisering. I denne proces er videnskabsmænd afhængige af emissionsspektre fra exoplanetatmosfærer til at søge efter de kemiske signaturer, vi forbinder med liv (biosignaturer).

Der er dog en vis uenighed om, hvilken slags signaturer videnskabsmænd skal kigge efter. I det væsentlige bruger astrobiologi livet på Jorden som en skabelon, når de søger efter indikationer af udenjordisk liv, ligesom hvordan exoplanetjægere bruger Jorden som en standard til måling af "beboelighed."

Men som mange forskere har påpeget, har livet på Jorden og dets naturlige miljø udviklet sig betydeligt over tid. I et nyligt blad udsendt til arXiv preprint-server, demonstrerede et internationalt hold, hvordan astrobiologer kunne lede efter liv på TRAPPIST-1e baseret på, hvad der eksisterede på Jorden for milliarder af år siden.

Holdet bestod af astronomer og astrobiologer fra Global Systems Institute og afdelingerne for fysik og astronomi, matematik og statistik og naturvidenskab ved University of Exeter. De fik selskab af forskere fra School of Earth and Ocean Sciences ved University of Victoria og Natural History Museum i London.

Papiret, der beskriver deres resultater, "Biosignaturer fra pre-oxygen-fotosyntetiserende liv på TRAPPIST-1e," vil blive offentliggjort i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .

TRAPPIST-1-systemet har været omdrejningspunktet for opmærksomhed, lige siden astronomer bekræftede tilstedeværelsen af ​​tre exoplaneter i 2016, som voksede til syv året efter. Som et af mange systemer med en lavmasse, køligere M-type (rød dværg) moderstjerne, er der uafklarede spørgsmål om, hvorvidt nogen af ​​dens planeter kan være beboelige. Meget af dette vedrører den variable og ustabile natur af røde dværge, som er tilbøjelige til opblussen aktivitet og måske ikke producerer nok af de nødvendige fotoner til at drive fotosyntesen.

Med så mange klippeplaneter fundet i kredsløb om røde dværgsole, inklusive den nærmeste exoplanet til vores solsystem (Proxima b), mener mange astronomer, at disse systemer ville være det ideelle sted at lede efter udenjordisk liv. Samtidig har de også understreget, at disse planeter skal have tykke atmosfærer, iboende magnetiske felter, tilstrækkelige varmeoverførselsmekanismer eller alt det ovenstående. At afgøre, om exoplaneter har disse forudsætninger for liv, er noget, som JWST og andre næste generations teleskoper – som ESO's foreslåede Extremely Large Telescope (ELT) – forventes at muliggøre.

Men selv med disse og andre næste generations instrumenter er der stadig spørgsmålet om, hvilke biosignaturer vi skal kigge efter. Som nævnt har vores planet, dens atmosfære og alt liv, som vi kender det, udviklet sig betydeligt i løbet af de sidste 4 milliarder år. Under den arkæiske eon (ca. 4 til 2,5 milliarder år siden) var Jordens atmosfære overvejende sammensat af kuldioxid, metan og vulkanske gasser, og der fandtes kun lidt mere end anaerobe mikroorganismer. Først inden for de sidste 1,62 milliarder år dukkede det første flercellede liv op og udviklede sig til dets nuværende kompleksitet.

Desuden betyder antallet af evolutionære trin (og deres potentielle sværhedsgrad), der kræves for at nå højere niveauer af kompleksitet, at mange planeter måske aldrig udvikler komplekst liv. Dette er i overensstemmelse med den store filterhypotese, som siger, at selvom liv kan være almindeligt i universet, så er avanceret liv måske ikke. Som et resultat kunne simple mikrobielle biosfærer, der ligner dem, der eksisterede under Archean, være de mest almindelige. Nøglen er derfor at udføre søgninger, der vil isolere biosignaturer i overensstemmelse med primitivt liv og de forhold, der var fælles for Jorden for milliarder af år siden.

Som Dr. Jake Eager-Nash, en postdoc-forsker ved University of Victoria og hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, forklarede til Universe Today via e-mail:

"Jeg tror, ​​at Jordens historie giver mange eksempler på, hvordan beboede exoplaneter kan se ud, og det er vigtigt at forstå biosignaturer i sammenhæng med Jordens historie, da vi ikke har andre eksempler på, hvordan liv på andre planeter ville se ud. Under det arkæiske liv, da liv menes først at være opstået, der var en periode på op til omkring en milliard år før iltproducerende fotosyntese udviklede sig og blev den dominerende primære producent, iltkoncentrationerne var virkelig lave Så hvis beboede planeter følger en lignende bane til Jorden kunne bruge lang tid i en periode som denne uden biosignaturer af ilt og ozon, så det er vigtigt at forstå, hvordan arkæisk-lignende biosignaturer ser ud."

Til deres undersøgelse lavede holdet en model, der overvejede arkæiske forhold, og hvordan tilstedeværelsen af ​​tidlige livsformer ville forbruge nogle elementer, mens de tilføjede andre. Dette gav en model, hvor simple bakterier, der lever i oceanerne, forbruger molekyler som brint (H) eller kulilte (CO), hvilket skaber kulhydrater som energikilde og metan (CH₄ ) som affald. De overvejede derefter, hvordan gasser ville blive udvekslet mellem havet og atmosfæren, hvilket fører til lavere koncentrationer af H og CO og større koncentrationer af CH₄ . Sagde Ivrig-Nash:

"Arkean-lignende biosignaturer menes at kræve tilstedeværelse af metan, kuldioxid og vanddamp ville være påkrævet såvel som fravær af kulilte. Dette skyldes, at vanddamp giver dig en indikation af, at der er vand, mens en atmosfære med både metan og kulilte indikerer, at atmosfæren er i uligevægt, hvilket betyder, at begge disse arter ikke bør eksistere sammen i atmosfæren, da atmosfærisk kemi ville omdanne alt det ene til det andet, medmindre der er noget, såsom liv, der opretholder denne uligevægt Fraværet af kulilte er vigtigt, da det menes, at livet hurtigt ville udvikle en måde at forbruge denne energikilde på."

Når koncentrationen af ​​gasser er højere i atmosfæren, vil gassen opløses i havet og genopbygge brint og kulilte, der forbruges af de simple livsformer. Efterhånden som biologisk producerede metanniveauer stiger i havet, vil det blive frigivet til atmosfæren, hvor der opstår yderligere kemi, og forskellige gasser transporteres rundt på planeten. Ud fra dette opnåede holdet en overordnet sammensætning af atmosfæren for at forudsige, hvilke biosignaturer der kunne påvises.

"Det, vi finder, er, at kulilte sandsynligvis er til stede i atmosfæren på en arkæisk-lignende planet, der kredser om en M-dværg," sagde Eager-Nash. "Dette skyldes, at værtsstjernen driver kemi, der fører til højere koncentrationer af kulilte sammenlignet med en planet, der kredser om solen, selv når du har livskrævende denne [forbindelse]."

I årevis har forskere overvejet, hvordan en circumsolar beboelig zone (CHZ) kunne udvides til at omfatte jordlignende forhold fra tidligere geologiske perioder. På samme måde har astrobiologer arbejdet på at kaste et bredere net på de typer biosignaturer, der er forbundet med ældre livsformer (såsom retinal-fotosyntetiske organismer). I denne seneste undersøgelse har Eager-Nash og hans kolleger etableret en række biosignaturer (vand, kulilte og metan), der kan føre til opdagelsen af ​​liv på arkæiske klippeplaneter, der kredser om sollignende og røde dværgsole.

Flere oplysninger: Jake K. Eager-Nash et al., Biosignaturer fra pre-oxygen fotosynteseliv på TRAPPIST-1e, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2404.11611

Journaloplysninger: arXiv , Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society

Leveret af Universe Today