Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

Kunne jordens liv overleve på en rød dværgplanet?

Denne kunstners illustration viser planeter, der kredser om en rød dværgstjerne. Mange røde dværge har planeter i deres beboelige zoner, men rød dværgudblænding kan betyde, at disse zoner slet ikke er beboelige. Ny forskning udforsker ideen. Kredit:NASA

Selvom exoplanetvidenskaben er gået betydeligt frem i det sidste årti eller to, er vi stadig i en uheldig situation. Forskere kan kun foretage veluddannede gæt om, hvilke exoplaneter der kan være beboelige. Selv den nærmeste exoplanet er fire lysår væk, og selvom fire er et lille heltal, er afstanden enorm.



Det forhindrer dog ikke videnskabsmænd i at prøve at samle tingene sammen.

Et af de mest konsekvensspørgsmål inden for exoplanetvidenskab og beboelighed vedrører røde dværge. Der er rigeligt med røde dværge, og forskning viser, at de er vært for mange planeter. Mens gasgiganter som Jupiter er forholdsvis sjældne omkring røde dværge, er andre planeter det ikke. Observationsdata viser, at omkring 40 % af røde dværge er vært for superjordiske planeter i deres beboelige zoner.

Røde dværge har et par ting til sig, når det kommer til exoplanets beboelighed. Disse lavmassestjerner har ekstremt lange levetider, hvilket betyder, at energiproduktionen er stabil i lange perioder. Så vidt vi kan se, er det en fordel for potentiel beboelighed og udviklingen af ​​komplekst liv. Stabilitet giver livet en chance for at reagere på ændringer og fortsætte i deres nicher.

Men røde dværge har også en mørk side:blusser. Alle stjerner blusser til en vis grad, selv vores sol. Men solens opblussen er ikke engang i samme liga som rød dværg. Røde dværge kan blusse så kraftigt, at de kan fordoble deres lysstyrke på meget kort tid. Er der nogen måde, liv kan overleve på røde dværgplaneter?

Ny forskning fra videnskabsmænd i Portugal og Tyskland undersøger det spørgsmål. For at teste ideen om rød dværg exoplanet beboelighed brugte forskerne en almindelig type skimmelsvamp og udsatte den for simuleret rød dværgstråling, kun beskyttet af en simuleret Mars atmosfære.

Forskningen er "Hvor beboelige er M-dværg exoplaneter? Modellering af overfladeforhold og udforskning af melaniners rolle i overlevelsen af ​​Aspergillus niger-sporer under exoplanetlignende stråling." Hovedforfatteren er Afonso Mota, en astrobiolog ved Aerospace Microbiology Research Group i Institute of Aerospace Medicine ved German Aerospace Center (DLR.) Artiklen er blevet indsendt til tidsskriftet Astrobiology og er i øjeblikket tilgængelig på preprint-serveren arXiv .

Denne figur fra forskningen viser toppen af ​​atmosfærens UV- og røntgenstråling på Proxima Centauri og TRAPPIST-1 exoplaneter. Kredit:Mota et al, 2024

Aspergillus niger er allestedsnærværende i jorden og er almindeligt kendt for den sorte skimmel, den kan forårsage på nogle frugter og grøntsager. Det er også en produktiv producent af melanin. Melanin absorberer lys meget effektivt, og hos mennesker produceres melanin ved udsættelse for UV-stråling og gør huden mørkere. Melaniner er udbredt i naturen, og ekstremofiler bruger dem til at beskytte sig selv. Melanin kan sprede op til 99,9% af absorberet UV. Forskere mener, at forekomsten af ​​melaniner kan have spillet en afgørende rolle i udviklingen af ​​liv på Jorden ved at beskytte organismer mod solens skadelige stråling.

I det væsentlige stiller denne forskning et ret simpelt spørgsmål. Kan Aspergillus nigers melanin hjælpe den med at overleve rød dværg, når den er beskyttet af en tynd atmosfære som Mars?

Proxima Centauri og TRAPPIST-1 er begge velkendte røde dværge inden for exoplanetvidenskab, fordi de er vært for stenede exoplaneter i deres beboelige zoner. Denne undersøgelse nulstiller på Proxima Centauri b (PCb herefter) og TRAPPIST-1 e (T1e herefter). De har sandsynligvis begge temperaturer, der tillader flydende vand at eksistere på deres overflader, givet de rigtige atmosfæriske egenskaber. Både PCb og T1e har sandsynligvis også tolerable strålingsmiljøer.

Det er umuligt at modellere overfladeforholdene for disse planeter perfekt, men forskere kan komme tæt på ved at bruge det, der kaldes ligevægtstemperaturen. Det er nemmere at måle stjerneudbrænding, fordi det kan observeres nøjagtigt fra store afstande. Melaninproduktionen i A. niger er ligeledes velkendt. Ved at arbejde med alle tre faktorer var forskerne i stand til at modellere, hvordan skimmelsvampen ville klare sig på overfladen af ​​en beboelig zoneplanet omkring en rød dværg.

"I forbindelse med astrobiologi, og især astromykologi, har undersøgelsen af ​​ekstremotolerante svampe vist sig afgørende for bedre at forstå grænserne for liv og beboelighed," skriver forfatterne. "Aspergillus niger, en ekstremotolerant trådsvamp, er ofte blevet brugt som en modelorganisme til at studere svampeoverlevelse i ekstreme miljøer, der vokser under en lang række forhold."

A. nigers sporer har en kompleks og tæt belægning af melanin, der beskytter dem mod UV- og røntgenstråling. De er blevet fundet i den internationale rumstation, et vidnesbyrd om deres evne til at modstå nogle af farerne i rummet. Selvom de er terrestriske, kan videnskabsmænd bruge dem til at studere den potentielle beboelighed for exoplaneter.

I dette arbejde testede forskerne overlevelsesevnen af ​​A. niger-sporer i simulerede overfladeforhold af PCb og T1c, hvor de røde dværgstjerner bader planetoverfladerne i kraftig UV- og røntgenstråling.

Denne figur fra forskningen viser den estimerede underjordiske røntgen-absorberede dosis gennem et tyndt lag jord (orange) eller vand (blåt). Vand har en lavere kapacitet til at dæmpe disse højenergifotoner, så et tykkere vandlag er nødvendigt for at reducere den samme dosis sammenlignet med jord. De tre stiplede linjer repræsenterer LD90-værdierne (dødelig dosis for 90 % af en population) for E. coli, A. niger og D. radiodurans. E. coli er en almindelig bakterie, og D. radiodurans er en strålingsresistent ekstremofil. Kredit:Mota et al, 2024

Forskerne testede forskellige typer af A. niger-sporer i forskellige opløsninger. Den ene var en vild stamme, den anden var en mutantstamme modificeret til at producere og udskille pyomelanin, en af ​​de melaniner af særlig interesse for videnskabsmænd, og den tredje var en melanin-mangelstamme. Sporerne blev suspenderet i enten saltvandsopløsninger, melaninrige opløsninger eller en kontrolopløsning i en periode, mens de blev udsat for forskellige mængder af både røntgen- og UV-stråling.

Efter eksponering blev de tre typer af A. niger-sporer testet for deres overlevelsesevne og levedygtighed.

Resultaterne viser, at A. niger ville være i stand til at overleve de intense strålingsmiljøer, der kan sterilisere overfladerne på røde dværg exoplaneter. Ikke hvis den er direkte udsat, men hvis den kun er under et par millimeter jord eller vand. "Hvis udæmpet, ville røntgenstråler fra flare højst sandsynligt sterilisere overfladen af ​​alle undersøgte exoplaneter. Mikroorganismer, der er egnede til at overleve under overfladen, ville dog være upåvirket af de fleste eksogene strålingskilder under nogle få millimeter jord eller vand," forklarer forskerne. .

Hvad undersøgelsen kommer ned til er melanin. Jo mere melanin der er, jo højere er overlevelsesraten for A. niger.

"Forsøgene udført i denne undersøgelse bekræfter det multifunktionelle formål med melanin, da A. niger MA93.1-sporer spirede hurtigere og mere effektivt i et melaninrigt ekstrakt sammenlignet med de to kontrolopløsninger," skriver forfatterne. A. niger MA93.1 er mutantstammen modificeret til at producere og udskille melanin.

For exoplaneterne T1e og PCb er forskningen lovende for dem af os, der håber på beboelighed på andre planeter. Når det kommer til UV-C-stråling, kunne en betydelig brøkdel af sporer fra prøver indeholdende melanin overleve de superblus, der rammer PCb og T1e, selv med meget lidt atmosfærisk afskærmning. Eksponering for røntgenstråler var ens.

Mens vi alle kan lide at forestille os komplekst liv andre steder i universet, er det mere sandsynligt, at vi snubler over verdener, der ikke ligner Jorden. Hvis vi finder liv, vil det sandsynligvis være simple organismer, der finder en måde at overleve på i, hvad vi ville betragte som marginale eller ekstreme miljøer. Da røde dværge er så almindelige, er det sandsynligvis der, vi finder dette liv.

Denne undersøgelse understøtter den idé.

"Desuden," skriver forfatterne i deres konklusion, "viste resultater fra dette arbejde, hvordan A. niger ligesom andre ekstremotolerante og ekstremofile organismer ville være i stand til at overleve barske strålingsforhold på overfladen af ​​nogle M-dværg exoplaneter."

Melaninet spiller en afgørende rolle i deres potentielle overlevelse, konkluderer forfatterne. "Derudover har melaninrige opløsninger vist sig at være yderst gavnlige for overlevelsen og spiringen af ​​A. niger-sporer, især når de behandles med høje doser af UV- og røntgenstråling."

Der er en løbende videnskabelig diskussion omkring den røde dværg exoplanets beboelighed, hvor afbrænding spiller en fremtrædende rolle. Men denne forskning viser, at det måske er for tidligt at afskrive røde dværge, samtidig med at den kaster lys over, hvordan livet på Jorden kan være kommet i gang.

"Disse resultater giver et indblik i, hvordan livsformer kan udholde skadelige begivenheder og forhold, der er fremherskende på exoplaneter, og hvordan melanin kan have haft en rolle i livets oprindelse og udvikling på Jorden og måske i andre verdener."

Flere oplysninger: Afonso Mota et al, Hvor beboelige er M-dværg exoplaneter? Modellering af overfladeforhold og udforskning af melaniners rolle i overlevelsen af ​​Aspergillus niger-sporer under exoplanetlignende stråling, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.03403

Journaloplysninger: Astrobiologi , arXiv

Leveret af Universe Today




Sidste artikel

Næste artikel

Varme artikler
Sprog: French | Italian | Spanish | Portuguese | Swedish | German | Dutch | Danish | Norway |

Videnskab © https://da.scienceaq.com