Sedan Kepler rymdteleskop lanserades i rymden, har antalet kända planeter bortom vårt solsystem (exoplaneter) vuxit exponentiellt. För närvarande, 3 917 planeter har bekräftats i 2 918 stjärnsystem, medan 3 368 väntar på bekräftelse. Av dessa, cirka 50 bana inom deras stjärnas circumstellar beboelig zon (aka. 'Goldilocks Zone') , det avstånd på vilket flytande vatten kan finnas på en planets yta.
Ny forskning har dock lyft att möjligheten att vi anser vara en beboelig zon är för optimistisk. Enligt a ny studie som nyligen dök upp på nätet, med titeln ' En begränsad beboelig zon för komplext liv ', beboeliga zoner kan vara mycket smalare än man trodde från början. Dessa fynd kan ha en drastisk inverkan på antalet planeter som forskare anser vara 'potentiellt beboeliga'.
Studien leddes av Edward W. Schwieterman, en NASA Postdoctoral Program Fellow vid University of California, Riverside, och inkluderade forskare från Alternative Earths Team (del av NASA Astrobiology Institute ), den Nexus för Exoplanet System Science (NExSS), och NASA Goddard Institute for Space Studies .
Enligt tidigare uppskattningar baserade påKeplerdata, drog forskarna slutsatsen att det sannolikt kommer att finnas 40 miljarder jordliknande planeter bara i Vintergatans galax, varav 11 miljarder sannolikt kommer att kretsa som stjärnor om vår sol (dvs. gula dvärgar av G-typ). Annan forskning har visat att denna siffra kan vara så hög som 60 miljarder eller ens 100 miljarder , beroende på de parametrar vi använder för att definiera beboeliga zoner.
Dessa resultat är verkligen uppmuntrande, eftersom de tyder på att Vintergatan kan krylla av liv. Tyvärr har nyare forskning om extrasolära planeter ställt tvivel om dessa tidigare uppskattningar. Detta är särskilt fallet där tidvattenlåsta planeter den omloppsbanan Stjärnor av M-typ (röd dvärg). är oroad.
Dessutom har forskning om hur livet utvecklats på jorden visat att vatten ensamt inte garanterar liv – inte heller, för den delen, närvaron av syrgas . Utöver detta övervägde Schwieterman och hans kollegor två andra stora biosignaturer som är viktiga för livet som vi känner det - koldioxid och kolmonoxid.
För mycket av dessa föreningar skulle vara giftiga för komplext liv, medan för lite skulle innebära att tidiga prokaryoter inte skulle dyka upp. Om livet på jorden är någon indikation, är grundläggande livsformer väsentliga om mer komplexa, syreförbrukande livsformer ska utvecklas. Av denna anledning försökte Schwieterman och hans kollegor revidera definitionen av en beboelig zon för att ta hänsyn till detta.
De våldsamma utbrotten från röda dvärgstjärnor, särskilt unga sådana, kan göra planeter i deras så kallade beboeliga zon obeboeliga. Bildkredit: Kredit: NASA, ESA och D. Player (STScI)
För att vara rättvis är det aldrig lätt att beräkna omfattningen av en beboelig zon. Utöver deras avstånd från sin stjärna beror yttemperaturen på en planet på olika återkopplingsmekanismer i atmosfären – som växthuseffekten. Utöver det antar den konventionella definitionen av en beboelig zon existensen av ' Jordliknande ' betingelser.
Detta innebär en atmosfär som är rik på kväve, syre, koldioxid och vatten, och stabiliserad av samma karbonat-silikat geokemiska cykelprocess som finns på jorden. I denna process gör sedimentering och vittring att silikatbergarter blir kolhaltiga medan geologisk aktivitet gör att kolbergarter blir silikatbaserade igen.
Detta leder till en återkopplingsslinga som säkerställer att koldioxidnivåerna i atmosfären förblir relativt stabila, vilket möjliggör en ökning av yttemperaturen (alias växthuseffekten). Ju närmare planeten den inre kanten av den beboeliga zonen är, desto mindre koldioxid behövs för att detta ska hända. Som Schwieterman förklarade i en ny artikel av MIT Technology Review :
'Men för de mellersta och yttre områdena av den beboeliga zonen måste atmosfärens koldioxidkoncentrationer vara mycket högre för att upprätthålla temperaturer som gynnar flytande ytvatten.'
Exoplanet Kepler 62f skulle behöva en atmosfär rik på koldioxid för att vatten ska vara i flytande form. Konstnärens illustration: NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pyle
För att illustrera använde laget Kepler-62f som ett exempel, en superjord som kretsar kring en stjärna av K-typ (något mindre och svagare än vår sol) som ligger cirka 990 ljusår från jorden. Denna planet kretsar runt sin stjärna på ungefär samma avstånd som Venus gör solen, men stjärnans lägre massa betyder att den befinner sig i ytterkanten av den beboeliga zonen.
När den upptäcktes 2013 troddes denna planet vara en bra kandidat för utomjordiskt liv, förutsatt att det finns en tillräcklig växthuseffekt. Schwieterman och hans kollegor beräknade dock att det skulle ta 1 000 gånger mer koldioxid (300 till 500 kilopascal) än vad som fanns på jorden när komplexa livsformer först utvecklades (ca. 1,85 miljarder år sedan).
Denna mängd koldioxid skulle dock vara giftig för de flesta komplexa livsformer här på jorden. Som ett resultat skulle Kepler-62f inte vara en lämplig kandidat för livet även om den var tillräckligt varm för att ha flytande vatten. När de väl tagit hänsyn till dessa fysiologiska begränsningar, drog Schwieterman och hans team slutsatsen att den beboeliga zonen för komplext liv måste vara betydligt smalare - en fjärdedel av vad som tidigare uppskattats.
Schwieterman och hans kollegor beräknade också att vissa exoplaneter sannolikt kommer att ha högre nivåer av kolmonoxid eftersom de kretsar kring kalla stjärnor. Detta sätter en betydande begränsning på de beboeliga zonerna för röda dvärgstjärnor, som råkar stå för 75 % av stjärnorna i universum – och som tros vara mest troligt ställe att hitta planeter som är jordnära (d.v.s. steniga) i naturen.
Ett diagram som visar gränserna för Habitable Zone (HZ) och hur gränserna påverkas av stjärntyp. Kredit: Wikipedia Commons/Chester Harman
Dessa fynd kan ha drastiska konsekvenser för vad forskare anser vara 'potentiellt beboeligt', för att inte tala om gränserna för en stjärnas beboeliga zon. Som Schwieterman förklarade :
'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.'
För att komplicera saken ytterligare är den här studien en av flera för att lägga ytterligare begränsningar på vad som kan anses vara beboeliga planeter på senare tid. Bara under 2019 har forskning utförts som visar hur system med röda dvärgstjärnor kanske inte har det nödvändiga råmaterial för att livet ska bildas, och att röda dvärgstjärnor kanske inte ger tillräckligt med fotoner för att fotosyntes ska ske.
Allt detta bidrar till den distinkta möjligheten att livet i vår galax kan vara sällsyntare än man tidigare trott. Men att med säkerhet veta vilka gränserna för beboelighet är kommer naturligtvis att kräva fler studier. Lyckligtvis behöver vi inte vänta för länge för att ta reda på det, eftersom flera nästa generations teleskop kommer att tas i drift under det kommande decenniet.
Dessa inkluderar James Webb rymdteleskop (JWST), den Extremt stort teleskop (ELT) och Jätte Magellan-teleskopet (GMT). Dessa och andra banbrytande instrument förväntas möjliggöra mycket mer detaljerade studier och karakteriseringar av exoplaneter. Och när de gör det kommer vi att ha en bättre uppfattning om hur sannolikt livet är där ute.
Vidare läsning: MIT Technology Review , arXiv