Naseljivi planeti oko zvijezda crvenih patuljaka možda neće dobiti dovoljno fotona za podršku biljnom životu
Posljednjih godina broj ekstrasolarnih planeta otkrivenih oko obližnjeg M-tipa (zvijezda crvenih patuljaka) znatno je porastao. U mnogim slučajevima, ovi potvrđeni planeti su bili “ Nalik Zemlji “, što znači da su kopneni (aka. stjenovite) i po veličini usporedive sa Zemljom. Ova su otkrića bila posebno uzbudljiva jer su zvijezde crvenog patuljaka najčešće u Svemiru – koje čine 85% zvijezda samo u Mliječnoj stazi.
Nažalost, u posljednje vrijeme provedena su brojna istraživanja koja ukazuju da ti planeti možda nemaju potrebne uvjete za život. Najnovije dolazi sa Sveučilišta Harvard, gdje postdoktorski istraživač Manasvi Lingam i profesor Abraham Loeb pokazuju da planeti oko zvijezda M tipa mogu ne dobiti dovoljno zračenja od njihovih zvijezda da bi se dogodila fotosinteza.
Pojednostavljeno rečeno, smatra se da je život na Zemlji nastao prije između 3,7 i 4,1 milijardu godina (tijekom kasnog hadeskog ili ranog arhejskog eona), u vrijeme kada bi atmosfera planeta bila toksična za život danas. Prije između 2,9 do 3 milijarde godina počele su se pojavljivati fotosintetske bakterije koje su počele obogaćivati atmosferu plinom kisikom.
Umjetnikov dojam zalaska sunca viđen s površine egzoplaneta nalik Zemlji. Zasluga: ESO/L. Calçada
Kao rezultat toga, Zemlja je doživjela ono što je poznato kao “ Veliki događaj oksidacije ” prije oko 2,3 milijarde godina. Tijekom tog vremena, fotosintetski organizmi postupno su pretvorili Zemljinu atmosferu iz atmosfere koja se sastoji pretežno od ugljičnog dioksida i metana u atmosferu koja se sastoji od plina dušika i kisika (~78% odnosno 21%).
Zanimljivo je da se vjeruje da su se drugi oblici fotosinteze pojavili čak i prije nego fotosinteza klorofila. To uključuje fotosinteza retine , koji je nastao cca. Prije 2,5 do 3,7 milijardi godina i danas još uvijek postoji u ograničenim nišnim okruženjima. Kao što ime sugerira, ovaj se proces oslanja na retinal (vrsta ljubičastog pigmenta) da apsorbira sunčevu energiju u žuto-zelenom dijelu vidljivog spektra (400 do 500 nm).
Tu je i anoksigena fotosinteza (gdje se ugljični dioksid i dvije molekule vode obrađuju kako bi se stvorio formaldehid, voda i plin kisik), za koju se vjeruje da je u potpunosti prethodila fotosintezi kisika. Kako i kada su se pojavile različite vrste fotosinteze ključno je za razumijevanje kada je život na Zemlji počeo. Kako je profesor Loeb objasnio za Universe Today putem e-pošte:
“’Fotosinteza’ znači ‘slaganje’ (sinteza) svjetlom (fotografija). To je proces koji biljke, alge ili bakterije koriste za pretvaranje sunčeve svjetlosti u kemijsku energiju koja potiče njihove aktivnosti. Kemijska energija pohranjena je u molekulama na bazi ugljika, koje se sintetiziraju iz ugljičnog dioksida i vode. Ovaj proces često oslobađa kisik kao nusproizvod, koji je neophodan za naše postojanje. Sve u svemu, fotosinteza opskrbljuje sve organske spojeve i većinu energije potrebne za život kakav poznajemo na planeti Zemlji. Fotosinteza je nastala relativno rano u evolucijskoj povijesti Zemlje.”
Studije poput ovih, koje ispituju ulogu fotosinteze, nisu važne samo zato što nam pomažu razumjeti kako je nastao život na Zemlji. Osim toga, oni bi također mogli pomoći u informiranju našeg razumijevanja o tome može li se ili ne život pojaviti na izvansolarnim planetima i pod kojim uvjetima bi se to moglo dogoditi.
Njihova studija pod nazivom “ Fotosinteza na nastanjivim planetima oko zvijezda male mase “, nedavno se pojavio na internetu i dostavljen jeMjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva.Zbog svoje studije, Lingam i Loeb pokušali su ograničiti tok fotona zvijezda tipa M kako bi utvrdili je li fotosinteza moguća na zemaljskim planetima koji kruže oko zvijezda crvenih patuljaka. Kao što je Loeb rekao:
“U našem radu istraživali smo može li se fotosinteza dogoditi na planetima u nastanjivoj zoni oko zvijezda male mase. Ova zona je definirana kao raspon udaljenosti od zvijezde gdje površinska temperatura planeta dopušta postojanje tekuće vode i kemije života kakvog poznajemo. Za planete u toj zoni izračunali smo ultraljubičasti (UV) tok koji osvjetljava njihovu površinu kao funkciju mase njihove zvijezde domaćina. Zvijezde male mase hladnije su i proizvode manje UV fotona po količini zračenja.”
U skladu s nedavnim otkrićima o zvijezdama crvenih patuljaka, njihova se studija usredotočila na 'analoge Zemlje', planete koji imaju iste osnovne fizičke parametre kao i Zemlja - tj. radijus, masu, sastav, efektivnu temperaturu, albedo, itd. Od teoretskih granica fotosinteze oko drugih zvijezda nisu dobro shvaćene, one su također radile s istim granicama kao i one na Zemlji - između 400 do 750 nm.
Umjetnička ilustracija hipotetičkog egzoplaneta koji kruži oko crvenog patuljka. Zasluge za sliku: NASA/ESA/G. slanina (STScI)
Iz toga su Lingam i Loeb izračunali da zvijezde M-tipa male mase neće moći premašiti minimalni UV tok koji je potreban da bi se osigurala biosfera slična onoj na Zemlji. Kao što je Loeb ilustrirao:
“To implicira da su nastanjivi planeti otkriveni u posljednjih nekoliko godina oko obližnjih patuljastih zvijezda, Proxima Centauri (najbliža zvijezda Suncu, udaljena 4 svjetlosne godine, 0,12 solarnih masa, s jednim naseljivim planetom, Proxima b) i TRAPPIST-1 ( 40 svjetlosnih godina daleko, 0,09 solarnih masa, s tri nastanjiva planeta TRAPPIST-1e,f,g), vjerojatno nemaju biosferu sličnu Zemlji. Općenito, spektroskopske studije sastava atmosfera planeta koji prolaze kroz svoje zvijezde (poput TRAPPIST-1) vjerojatno neće pronaći biomarkere, poput kisika ili ozona, na razinama koje se mogu detektirati. Ako se pronađe kisik, njegovo podrijetlo je vjerojatno nebiološko.”
Naravno, ovakva analiza ima ograničenja. Kao što je prethodno navedeno, Lingam i Loeb ukazuju da teorijske granice fotosinteze oko drugih zvijezda nisu dobro poznate. Dok ne naučimo više o planetarnim uvjetima i radijacijskom okruženju oko zvijezda tipa M, znanstvenici će biti prisiljeni koristiti metriku temeljenu na našem vlastitom planetu.
Drugo, tu je i činjenica da su zvijezde tipa M promjenjive i nestabilne u usporedbi s našim Suncem i doživljavaju periodična bljeskanja. Pozivajući se na druga istraživanja, Lingam i Loeb ukazuju da oni mogu imati i pozitivne i negativne učinke na biosferu planeta. Ukratko, zvjezdane baklje bi mogle pružiti dodatne UV zračenje to bi pomoglo u pokretanju prebiotske kemije, ali bi također moglo biti štetno za a atmosfera planeta .
Umjetnikov dojam o tome kako se može pojaviti površina planeta koji kruži oko zvijezde crvenog patuljka. Zasluge: M. Weiss/CfA
Ipak, izuzimajući intenzivnije studije ekstrasolarnih planeta koji kruže oko zvijezda crvenih patuljaka, znanstvenici su prisiljeni osloniti se na teorijske procjene vjerojatnosti života na tim planetima. Što se tiče nalaza predstavljenih u ovoj studiji, oni su još jedan pokazatelj da zvjezdani sustavi crvenih patuljaka možda nisu najvjerojatnije mjesto za pronalaženje nastanjivih svjetova.
Ako su istiniti, ovi bi nalazi mogli imati i drastične implikacije u potrazi za izvanzemaljskom inteligencijom (SETI). “Budući da je kisik proizveden fotosintezom preduvjet za složen život kao što su ljudi na Zemlji, također će biti potreban za razvoj tehnološke inteligencije”, rekao je Loeb. “Zauzvrat, pojava potonjeg otvara mogućnost pronalaženja života putem tehnoloških potpisa kao što su radio signali ili divovski artefakti.”
Za sada, potraga za nastanjivim planetima i životom nastavlja se temeljiti na teorijskim modelima koji nam govore na što trebamo paziti. U isto vrijeme, ovi se modeli nastavljaju temeljiti na “životu kakvog ga poznajemo” – tj. koristeći Zemljine analoge i zemaljske vrste kao primjere. Srećom, astronomi očekuju da će naučiti mnogo više u nadolazećim godinama zahvaljujući razvoju instrumenata sljedeće generacije.
Što više naučimo o egzoplanetskim sustavima, vjerojatnije je da ćemo utvrditi jesu li nastanjivi ili ne. Ali na kraju, nećemo znati što bismo još trebali tražiti dok to zapravo ne pronađemo. Takav je veliki paradoks kada je u pitanju potraga za izvanzemaljskom inteligencijom, da ne spominjemo drugi veliki paradoks (provjeri!).
Daljnje čitanje: arXiv