Detektory tlenku węgla mogą wskazywać życie pozaziemskie

Detektory tlenku węgla w naszych domach ostrzegają nas przed niebezpiecznym stężenie tego bezbarwnego, bezwonnego gazu, który jest śmiertelnie niebezpieczny w dużych stężeniach. Astronomowie także zakładali, że nagromadzenie tlenku węgla w atmosferze planety jest pewnym znakiem braku życia. Teraz, zespół badaczy z UC Riverside twierdzi coś odwrotnego: kosmiczne detektory tlenku węgla mogą zwrócić naszą uwagę na odległe światy kipiące prostymi formami życia.

“Wraz ze startem Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, astronomowie będą w stanie badać atmosfery niektórych skalistych egzoplanet” mówi Edward Schwieterman, główny autor badania. “Głupio byłoby przeoczyć zamieszkany świat tylko dlatego, że nie rozważyliśmy wszystkich możliwości”.

W artykule opublikowanym dzisiaj w periodyku Astrophysical Journal, zespół Schwietermana wykorzystał modele komputerowe chemii w biosferze i atmosferze do zidentyfikowania dwóch intrygujących scenariuszy, w których tlenek węgla gromadzi się w atmosferach planet, na których występuje życie.

W pierwszym scenariuszu, badacze znaleźli odpowiedzi w odległej przeszłości Ziemi. Na współczesnej, bogatej w tlen Ziemi, tlenek węgla nie może się gromadzić, ponieważ jest on szybko niszczony w reakcjach chemicznych zachodzących w atmosferze. Jednak trzy miliardy lat temu Ziemia była zupełnie innym miejscem. Oceany już obfitowały w życie, ale atmosfera była niemal pozbawiona tlenu, a Słońce świeciło znacznie słabiej.

Modele opracowane przez badaczy wskazują, że ta dawna wersja zamieszkałej Ziemi mogła utrzymywać poziom tlenku węgla na poziomie 100 części na milion (ppm) – kilka rzędów wielkości więcej niż części na miliard w obecnej atmosferze ziemskiej.

“Oznacza to, że możemy oczekiwać wysokich poziomów tlenku węgla w atmosferach zamieszkałych ale ubogich w tlen egzoplanet krążących wokół gwiazd podobnych do Słońca” mówi Timothy Lyons, jeden ze współautorów badania, profesor biogeochemii na UCR. “To doskonały przykład misji naszego zespołu do wykorzystania przeszłości Ziemi jako wskaźnika przy poszukiwaniach życia gdzie indziej we wszechświecie”.

Drugi scenariusz jest jeszcze bardziej obiecujący dla planet, w atmosferze których występuje nagromadzenie tlenku węgla: fotochemia otoczenia czerwonych karłów, takich jak Proxima Centauri, najbliższa gwiazda w otoczeniu Układu Słonecznego, oddalona od nas jedynie o 4,2 lata świetlne. Modele stworzone przez badaczy przewidują, że jeżeli planeta krążąca wokół takiej gwiazdy byłaby zamieszkana i bogata w tlen, to powinniśmy oczekiwać ekstremalnie wysokiego stężenia tlenku węgla rzędu od setek ppm po kilka procent.

“Zważając na inny astrofizyczny kontekst dla tych planet, nie powinniśmy być zaskoczeni, gdybyśmy odkryli biosfery mikrobów promujące wysokie poziomy tlenku węgla” mówi Schwieterman. “Niemniej jednak, z pewnością nie byłyby to przyjazne miejsca dla ludzi czy zwierząt znanych z Ziemi”.

W ekosferze Proximy Centauri, jak i w ekosferach innych czerwonych karłów, odkryto już skaliste planety podobne do Ziemi. Ich położenie wskazuje, że na ich powierzchniach może istnieć woda w stanie ciekłym, niezbędny składnik życia. Takie planety są prawdopodobnymi celami przyszłych obserwacji za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, którego start obecnie planuje się na marzec 2021 roku.

Obecne badania stanowią tylko jeden element szerokiej palety wysiłków, które mają na celu przygotowanie tych przyszłych obserwacji poprzez katalogowanie różnych kombinacji gazów atmosferycznych – tak zwanych biosygnatur, które mogą wskazywać na występowanie życia na planetach. Niektóre gazy, takie jak tlenek węgla, nazywano wcześniej antysygnaturami życia – wskaźnikami, że dana planeta nie ma żadnego życia – jeżeli uda się je wykryć w odpowiednio wysokim stężeniu. Jednak jak się okazuje takie założenia mają rację tylko w określonych przypadkach.

Źródło: UC Riverside

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/ab05e1