Przez dziesięciolecia fundamentem astrobiologii było przekonanie, że życie w kosmosie wymaga bliskości gwiazdy. To słońca dostarczają energię niezbędną do utrzymania wody w stanie ciekłym – kluczowego składnika znanego nam życia. Jednak najnowsze badania przeprowadzone przez naukowców z Monachijskiego Uniwersytetu Ludwika Maksymiliana (LMU) oraz Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka (MPE) rzucają wyzwanie temu paradygmatowi. Okazuje się, że egzoksiężyce krążące wokół planet swobodnych mogą posiadać płynne oceany przez miliardy lat, stwarzając stabilne warunki dla rozwoju nawet złożonych form życia w całkowitej ciemności międzygwiezdnej.
Wszechświat nie jest tak uporządkowany, jak mogłoby się wydawać. Układy planetarne często rodzą się w chaosie. W gęstych skupiskach młodych systemów dochodzi do grawitacyjnych potyczek, w wyniku których planety – zwłaszcza gazowe olbrzymy – są wyrzucane ze swoich pierwotnych orbit. Stają się one planetami swobodnymi, kosmicznymi nomadami, którzy przemierzają galaktykę bez macierzystej gwiazdy. Szacuje się, że w samej Drodze Mlecznej może być tyle samo takich „osieroconych” planet, co samych gwiazd, a tych przecież jest od 200 do 400 miliardów. Choć wydają się one mroźnymi pustyniami, wcześniejsze prace dr Giulii Roccetti wykazały, że wyrzucone planety mogą zachować swoje systemy księżycowe, co otwiera fascynujące pytania o ich potencjalną zamieszkiwalność.
Piec ukryty w grawitacji
Jak to możliwe, że na księżycu oddalonym od jakiegokolwiek źródła światła o lata świetlne może istnieć woda w stanie ciekłym? Kluczem jest dynamika orbitalna. Proces wyrzucenia planety z układu macierzystego drastycznie zmienia orbity jej księżyców, czyniąc je wysoce eliptycznymi. To z kolei uruchamia mechanizm znany jako grzanie pływowe. Gdy księżyc zbliża się i oddala od swojej planety, potężne siły grawitacyjne rytmicznie go deformują, ściskając i rozciągając jego wnętrze. Tarcie powstające w wyniku tych procesów generuje ogromne ilości ciepła wewnątrz globu. Jest ono wystarczające, aby utrzymać ocean pod powierzchnią lodu lub nawet na samej powierzchni, niezależnie od temperatury panującej w próżni kosmicznej.
Atmosfera idealna dla mroźnych światów
Samo wytworzenie ciepła to jednak połowa sukcesu – energia musi zostać zatrzymana przy powierzchni. Na Ziemi rolę tę pełni głównie dwutlenek węgla, tworząc efekt cieplarniany. Jednak w skrajnie niskich temperaturach przestrzeni międzygwiezdnej CO2 ulega kondensacji i zamarza, tracąc swoje właściwości izolacyjne. Zespół badawczy, któremu przewodził David Dahlbüdding, odkrył, że znacznie lepszym rozwiązaniem w tych warunkach jest atmosfera bogata w wodór cząsteczkowy (H2).
Choć wodór jest zazwyczaj przezroczysty dla promieniowania podczerwonego, pod wysokim ciśnieniem zachodzi w nim zjawisko znane jako absorpcja indukowana zderzeniowo (CIA). Podczas bliskich spotkań cząsteczek wodoru powstają tymczasowe kompleksy, które potrafią skutecznie wychwytywać promieniowanie cieplne emitowane przez planetę. Co istotne, wodór pozostaje gazem nawet w ekstremalnie niskich temperaturach, co pozwala mu pełnić funkcję „kosmicznego koca” przez niewyobrażalnie długi czas. Modele komputerowe wykazały, że taka konfiguracja pozwala na utrzymanie płynnej wody przez nawet 4,3 miliarda lat – to okres zbliżony do wieku Ziemi i w pełni wystarczający do ewolucji życia.
Chemiczna kolebka bez udziału światła
Badania te dostarczają również nowych tropów w kwestii samej biogenezy. We współpracy z zespołem profesora Brauna, naukowcy zauważyli uderzające podobieństwa między egzoksiężycami a wczesną Ziemią. Sugeruje się, że na naszej planecie wysokie stężenia wodoru, powstałe m.in. wskutek uderzeń planetoid, mogły stworzyć pierwsze warunki sprzyjające życiu. Na księżycach planet swobodnych siły pływowe nie tylko dostarczają ciepła, ale mogą napędzać procesy chemiczne poprzez tzw. cykle mokro-suche.
Okresowe odkształcenia księżyca mogą powodować lokalne parowanie i ponowną kondensację wody, co jest kluczowym mechanizmem w procesie polimeryzacji prostych cząsteczek w złożone związki organiczne. Oznacza to, że ciemne, odizolowane od gwiazd oceany mogą posiadać własną, niezależną „aparaturę chemiczną”, niezbędną do powstania życia. Jak zauważa główny autor badania, David Dahlbüdding, „kolebka życia wcale nie musi wymagać słońca”.
Nowy rozdział w eksploracji kosmosu
Odkrycie to, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, drastycznie rozszerza naszą definicję „strefy zamieszkiwalnej”. Do tej pory szukaliśmy życia głównie na planetach skalistych orbitujących wokół gwiazd podobnych do Słońca. Teraz musimy wziąć pod uwagę miliardy niewidocznych światów dryfujących w ciemnościach galaktyki.
Egzoksiężyce planet swobodnych stają się jednymi z najbardziej fascynujących celów dla przyszłych pokoleń instrumentów obserwacyjnych. Jeśli życie może trwać i ewoluować w tak odizolowanych ekosystemach, oznacza to, że wszechświat może być znacznie gęściej wypełniony biosferami, niż kiedykolwiek odważyliśmy się przypuszczać. Życie, jak się okazuje, nie potrzebuje blasku dnia, by przetrwać – wystarczy mu grawitacja, wodór i czas.