Naukowcy identyfikują egzoplanety, na których życie może powstać tak jak na Ziemi

Wizja artystyczna przedstawiająca układ planetarny. Źródło: NASA/JPL-Caltech

Naukowcy zidentyfikowali grupę planet poza naszym układem słonecznym, na których istnieją takie same warunki chemiczne, które mogły doprowadzić do powstania życia na Ziemi.

Badacze z University of Cambridge oraz Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology (MRC LMB) odkryli, że szanse na to, że na powierzchni skalistej planety takiej jak Ziemia powstanie życie są zależne od typu i natężenia promieniowania emitowanego przez gwiazdę macierzystą.

W swoich badaniach, których wyniki opublikowano w periodyku Science Advances, twierdzą, że gwiazdy emitujące wystarczająco dużo promieniowania ultrafioletowego mogą uruchomić proces powstawania życia na planetach wokół nic krążących w ten sam sposób, jak prawdopodobnie miało to miejsce na Ziemi, gdzie promieniowanie ultrafioletowe napędza serię reakcji chemicznych, które prowadzą do powstania podstawowych składników życia.

Badacze zidentyfikowali paletę planet, na których natężenie promieniowania UV pochodzącego od gwiazdy macierzystej, jest wystarczające do rozpoczęcia tych reakcji chemicznych, a jednocześnie znajdujących się w ekosferze wokół gwiazdy, czyli w zakresie odległości, w których woda w stanie ciekłym może istnieć na powierzchni.

“Dzięki temu możemy ograniczyć liczbę najlepszych miejsc do poszukiwania życia” mówi dr Paul Rimmer, badacz z Cavendish Laboraory oraz MRC LMB i główny autor artykułu. “W ten sposób nieznacznie zbliżamy się do odpowiedzi na pytanie o to czy jesteśmy sami we wszechświecie”.

Nowy artykuł jest wynikiem trwającej współpracy między Cavendish Laboratory oraz MRC LMB, łączącej chemię organiczną z badaniem egzoplanet. Bazuje on na wcześniejszych pracach prof. Johna Sutherlanda, współautora artykułu, który zawodowo zajmuje się chemicznego pochodzenia życia na Ziemi.

W artykule opublikowanym w 2015 roku grupa prof. Sutherlanda z MRC LMB twierdziła, że cyjanki, choć trujące, mogą w rzeczywistości być kluczowym składnikiem pierwotnej zupy, z której wyewoluowało całe życie na Ziemi.

W tej hipotezie węgiel z meteorytów uderzających w młodą Ziemię oddziałując z azotem w atmosferze prowadził do powstania cyjanowodoru. Cyjanowodór opadał na powierzchnię, gdzie oddziaływał z innymi pierwiastkami przy udziale energii dostarczanej przez promieniowanie UV ze Słońca. Związki chemiczne powstałe w tych reakcjach wytworzyły podstawowe elementy RNA, bliskiego krewnego DNA, o którym większość biologów twierdzi, że był pierwszą cząsteczką życia przenoszącą informacje.

W ramach prac laboratoryjnych, grupa Sutherlanda odtworzyła te reakcje chemiczne pod lampami UV i wytworzyła prekursorów lipidów, aminokwasów i nukleotydów, czyli wszystkich istotnych komponentów komórek żywych.

“Natknąłem się na te wcześniejsze eksperymenty i jako astronoma moim pierwszym pytaniem było pytanie o rodzaj wykorzystywanego światła, na co chemicy nieszczególnie zwracali uwagę” mówi Rimmer. “Zacząłem liczyć liczbę fotonów emitowanych przez ich lampy i uświadomiłem sobie, że porównanie tego światła ze światłem różnych gwiazd powinno być naturalnym kolejnym krokiem”.

Obie grupy przeprowadziły serię eksperymentów laboratoryjnych mających na celu zmierzenie jak szybko pod wpływem promieniowania UV mogą powstać podstawowe elementy życia z cyjanowodoru i z jonów kwasu siarkowego. Następnie te same eksperymenty przeprowadzono bez udziału promieniowania UV.

“Procesy chemiczne zachodzą także w ciemności: są wolniejsze niż te przy udziale światła, ale są” mówi prof. Didier Queloz z Cavendish Laboratory. “Chcieliśmy się dowiedzieć jak dużo promieniowania trzeba, aby procesy chemiczne przy udziale światła przeważały nad tymi bez udziału światła”.

Ten sam eksperyment przeprowadzony w ciemności i obejmujący cyjanowodór i kwas siarkowy doprowadził do powstania inercyjnego związku, który nie mógłby być wykorzystany do stworzenia podstawowych elementów życia, podczas gdy przy udziale światła już one powstawały.

Następnie badacze wykorzystali te dane do analizy promieniowania UV emitowanego przez różne gwiazdy. W trakcie pac stworzony wykres ilości promieniowania UV dostępnego dla planet krążących wokół tych gwiazd, aby określić na których planetach mogą zachodzić reakcje chemiczne przy udziale UV.

Okazało się, że gwiazdy o temperaturze zbliżonej do temperatury słońca emitują wystarczająco dużo światła, aby na powierzchniach planet krążących wokół nich powstały podstawowe elementy życia. Chłodne gwiazdy nie emitują wystarczającej ilości promieniowania UV, aby takie składniki powstały, chyba że często na nich dochodzi do silnych rozbłysków, które co i rusz popychałyby procesy chemiczne do przodu. Planety, które otrzymują wystarczająco dużo światła, aby uruchomić procesy chemiczne i jednocześnie mogą posiadać wodę w stanie ciekłym na powierzchni znajdują się w tak zwanej strefie abiogenezy.

Pośród planet, które znajdują się w takiej strefie abiogenezy znajduje się kilka planet odkrytych przez teleskop Kepler, np. Kepler 452b – planeta nazwana “kuzynką” Ziemi, choć wciąż znajduje się ona za daleko, abyśmy mogli ją badać za pomocą obecnie dostępnych nam instrumentów. Teleskopy następnej generacji takie jak TESS i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba być może będą w stanie zidentyfikować i potencjalnie scharakteryzować znacznie więcej planet w strefie abiogenezy.

Oczywiście możliwe jest, że jeżeli istnieje życie na innych planetach, to powstało ono w zupełnie inny sposób niż na Ziemi.

“Nie wiemy jak prawdopodobne jest powstanie życia, ale zważając na to, że znamy tylko jeden przykład, sensowne jest poszukiwanie życia w miejscach najbardziej przypominających Ziemię”  mówi Rimmer. “Istnieje bardzo istotne rozróżnienie między tym co jest niezbędne a co jest wystarczające. Podstawowe elementy życia są niezbędne do jego powstania, ale mogą być niewystarczające: może być tak, że będziemy je mieszać przez miliardy lat i nic z nich nie wyjdzie, ale mimo to warto chociaż przyglądać się miejscom, w których istnieje to co niezbędne”.

Według najnowszych szacunków w obserwowalnym wszechświecie istnieje 700 milionów bilionów planet skalistych. “Sprawdzanie jaki procent tych planet sprzyja powstaniu życia jest dla mnie wyjątkowo fascynujące” mówi Sutherland. “Oczywiście, to sprzyjanie powstaniu życia to nie wszystko i wciąż nie wiemy jak prawdopodobne jest powstanie życia, nawet zakładając sprzyjające warunki – jeżeli jest ono naprawdę mało prawdopodobne, to możemy być sami, ale jeżeli nie to mamy towarzystwo”.

Źródło: University of Cambridge