211service.com
Livet kan förmodligen inte existera på så många planeter som vi en gång trodde
Adrian Pelletier | Unsplash
När Kepler Space Observatory lanserades 2009 började det hitta planeter runt andra stjärnor i en takt som gjorde astronomer glada. Dessa data ledde till uppskattningen att vår galax måste innehålla omkring 40 miljarder jordliknande planeter som kretsar i de beboeliga zonerna av solliknande stjärnor och röda dvärgar.
Den beboeliga zonen är området runt en stjärna där flytande vatten kan finnas på ytan av en planet. Det är viktigt eftersom bevisen på jorden tyder på att flytande vatten är avgörande för livet. Och om livet börjar lätt på jordliknande världar, tyder siffrorna från Kepler på att vår galax måste krylla av liv. Så loppet är igång för att hitta bevis på det. Olika rymdbaserade teleskop designas för att leta efter den unika spektroskopiska signaturen som livet måste producera.
Men en viktig utmaning kommer att vara att hitta de bästa målen – planeter där förhållandena verkar vara mest gynnsamma för komplext liv. Och astrobiologer har börjat påpeka att enbart flytande vatten inte räcker. Om jorden är något att gå efter, är andelen andra molekyler också viktig. Till exempel dödar för mycket koldioxid eller kolmonoxid komplext liv som vi känner det.
Idag har Edward Schwieterman vid NASA Astrobiology Institute i Riverside, Kalifornien, och några kollegor reviderat definitionen av en beboelig zon för att ta hänsyn till kolmonoxid- och koldioxidnivåer. Som ett resultat säger de att den beboeliga zonen för komplext liv måste vara betydligt mindre - ungefär en fjärdedel så bred som den tidigare definitionen tillåter. Våra resultat har ett antal viktiga implikationer för sökandet efter exoplanetbiosignaturer och komplext liv bortom vårt solsystem, säger Schwieterman och co.
Först lite bakgrund. Storleken på en beboelig zon är svår att beräkna eftersom yttemperaturer beror på olika återkopplingsprocesser i atmosfären, till exempel växthuseffekten. Den konventionella definitionen av en beboelig zon specificerar en atmosfär som innehåller kväve, koldioxid och vatten, stabiliserad av samma karbonat-silikatåterkopplingsprocess som finns på jorden.
Karbonat-silikatcykeln är en långvarig process där silikatstenar reagerar med vatten och koldioxid för att skapa karbonatstenar, som sedan omvandlas tillbaka till silikatstenar och koldioxidgas genom höga tryck och temperaturer och genom vulkanism. Detta leder till en återkopplingsslinga som håller halterna av koldioxid i atmosfären relativt stabila, vilket gör att en växthuseffekt kan öka yttemperaturerna.
I den inre kanten av den beboeliga zonen kan relativt låga halter av koldioxid skapa temperaturer som är tillräckligt höga för flytande vatten. På jorden har de nödvändiga koldioxidnivåerna varierat genom historien från tiotals till hundratals delar per miljon.
Men för de mellersta och yttre områdena av den beboeliga zonen måste atmosfäriska koldioxidkoncentrationer vara mycket högre för att upprätthålla temperaturer som gynnar flytande ytvatten, säger Schwieterman och co.
Till exempel, en exoplanet som ofta anses vara en bra kandidat för utomjordiskt liv är Kepler-62f. Denna planet är ungefär tre gånger jordens massa och kretsar runt sin värdstart i konstellationen Lyra på ungefär samma avstånd som Venus. Men eftersom värden är mindre ljus än solen, får Kepler-62F ungefär samma mängd solljus som Mars, så den är i ytterkanten av den beboeliga zonen.
Växthuseffekten skulle lätt kunna göra Kepler-62f tillräckligt varm för flytande vatten. Men Schwieterman och co har räknat ut att det skulle krävas tre till fem bar koldioxid för att göra susen. Det är 1 000 gånger fler än som någonsin har funnits på jorden under historien om komplext liv här.
Teamet påpekar att dessa nivåer av koldioxid är giftiga för det mest komplexa livet på jorden idag, och att ökade nivåer tidigare tros ha varit en betydande faktor i massutrotning. De fysiologiska gränserna för nivån av koldioxid som livet kan tolerera måste beaktas när man definierar beboeliga zoner. Därmed kanske Kepler-62f inte är en så bra kandidat trots allt.
Kolmonoxid hotar också komplext liv. Schwieterman och co beräknar att planeter som kretsar kring kalla stjärnor sannolikt har högre nivåer av kolmonoxid eftersom fotokemiska förhållanden är mer gynnsamma för att producera det. Detta sätter ytterligare en begränsning för beboeliga zoner.
Teamets slutliga beräkning är att räkna ut hur dessa begränsningar förändrar vår nuvarande förståelse av storleken på den beboeliga zonen. En implikation är att vi kanske inte förväntar oss att hitta tecken på intelligent liv eller teknosignaturer på planeter som kretsar kring sena M-dvärgar eller på potentiellt beboeliga planeter nära ytterkanten av deras beboeliga zoner, säger Schwieterman och co.
Det kommer att ha betydande inverkan på framtida sökningar efter biosignaturer från andra planeter. Astronomer kan mycket väl besluta sig för att fokusera på varmare, solliknande stjärnor där förutsättningarna för komplext liv förmodligen är mer gynnsamma.
Men konstruktörerna av framtida rymdteleskop behöver inte vara rädda för bristen på mål. Även om den beboeliga zonen är betydligt mindre än man tidigare trott, är sannolikheten att det kommer att finnas många hundratals miljoner kandidater bara i vår galax. Det borde vara mer än tillräckligt för de uppdrag som nu planeras.
Ref: arxiv.org/abs/1902.04720 : En begränsad beboelig zon för komplext liv