Οι περισσότεροι εξωπλανήτες δεν θα λάβουν αρκετή ακτινοβολία για να υποστηρίξουν μια βιόσφαιρα παρόμοια με τη Γη
Μέχρι σήμερα, οι αστρονόμοι έχουν επιβεβαιώσει την ύπαρξη του 4.422 εξωηλιακούς πλανήτες σε συστήματα 3.280 αστέρων, με επιπλέον 7.445 υποψήφιους να περιμένουν επιβεβαίωση. Από αυτά, μόνο ένα μικρό κλάσμα (165) ήταν επίγεια (γνωστά και ως βραχώδης) στη φύση και συγκρίσιμα σε μέγεθος με τη Γη – δηλαδή όχι «Υπερ-Γαίες». Και ακόμη λιγότερα έχουν βρεθεί που βρίσκονται σε τροχιά εντός της κατοικήσιμης ζώνης του γονικού τους άστρου (HZ).
Τα επόμενα χρόνια, αυτό είναι πιθανό να αλλάξει όταν τα όργανα επόμενης γενιάς (όπως ο James Webb) είναι σε θέση να παρατηρούν μικρότερους πλανήτες που περιφέρονται πιο κοντά στα αστέρια τους (όπου είναι πιο πιθανό να διαμένουν πλανήτες σαν τη Γη). Ωστόσο, σύμφωνα με τον α νέα μελέτη από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Νάπολης και το Ιταλικό Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής (INAF), οι βιόσφαιρες που μοιάζουν με τη Γη μπορεί να είναι πολύ σπάνιες για εξωπλανήτες.
Η μελέτη με τίτλο « Αποτελεσματικότητα της οξυγονικής φωτοσύνθεσης σε πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη στην κατοικήσιμη ζώνη », δημοσιεύτηκε πρόσφατα στοΜηνιαίες Ανακοινώσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Με επικεφαλής τον καθηγητή αστροφυσικής Giovanni Covone του Πανεπιστημίου της Νάπολι, η ομάδα εστίασε στο αν οι εξωπλανήτες που έχουν ανακαλυφθεί μέχρι τώρα είναι αρκετοί ή όχι Φωτοσυνθετικά Ενεργή Ακτινοβολία (PAR) για να επιτρέψει την ανάπτυξη πολύπλοκων βιόσφαιρων.
Η εντύπωση αυτού του καλλιτέχνη δείχνει τον πλανήτη να περιφέρεται γύρω από το αστέρι HD 85512 που μοιάζει με Ήλιο στον νότιο αστερισμό του Vela (Το πανί). Πίστωση: ESO/M. Kornmesser
Αυτή η εργασία βασίζεται σε όσα γνωρίζουμε για την εξέλιξη της βιόσφαιρας της Γης, η οποία έχει αλλάξει δραστικά με την πάροδο του χρόνου. Από όσα μπόρεσαν να συγκεντρώσουν οι επιστήμονες από τα γεωλογικά αρχεία, τις κλιματολογικές μελέτες και τα απολιθωμένα κατάλοιπα, θεωρείται ότι οι πρώτες μορφές ζωής εμφανίστηκαν στη Γη περίπου πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια, μόλις 500 εκατομμύρια χρόνια μετά τη δημιουργία του πλανήτη από τον πρωτοπλανητικό δίσκο που περιέβαλε τον Ήλιο μας.
Λίγο αργότερα, εμφανίστηκαν μονοκύτταρα μικρόβια που βασίστηκαν στη φωτοσύνθεση για να παράγουν θρεπτικά συστατικά και μοριακό οξυγόνο (Ο2) από το ηλιακό φως και το διοξείδιο του άνθρακα – που αποτελούσαν ένα σημαντικό μέρος της ατμόσφαιρας της Γης εκείνη την εποχή. Μέχρι την Παλαιοπρωτοζωϊκή Εποχή (περίπου 2,4 έως 2,0 δισεκατομμύρια χρόνια πριν), αυτό οδήγησε στο « Μεγάλη εκδήλωση οξυγόνωσης », όπου το μοριακό οξυγόνο άρχισε να συσσωρεύεται αργά στην ατμόσφαιρα της Γης και επέτρεψε την εμφάνιση πιο περίπλοκων μορφών ζωής.
Συγκεκριμένα, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί βασίστηκαν σε ηλιακή ακτινοβολία που κυμαίνεται από 400 έως 700 νανόμετρα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα για να πραγματοποιήσουν «οξυγονική φωτοσύνθεση» - η οποία αντιστοιχεί περίπου στο εύρος φωτός που μπορεί να αντιληφθεί το ανθρώπινο μάτι - γνωστός και ως γνωστός. ορατό φως. Αυτό προκαλεί σημαντική ανησυχία για τους αστροβιολόγους, καθώς τα αστέρια που μοιάζουν με τον ήλιο (κίτρινοι νάνοι τύπου G) είναι σπάνια, με περίπου 4,1 δισεκατομμύρια στον γαλαξία του Γαλαξία (μεταξύ 1% και 4%).
Είναι οι ερυθροί νάνοι τύπου Μ της κύριας ακολουθίας που αποτελούν την πλειοψηφία των αστεριών στο Σύμπαν μας, αντιπροσωπεύοντας περίπου το 75% μόνο στον γαλαξία μας. Σε σύγκριση με τα αστέρια που μοιάζουν με τον Ήλιο, οι κόκκινοι νάνοι είναι ψυχρότεροι και λιγότερο φωτεινοί και είναι γνωστοί για την αυξημένη δραστηριότητα εκλάμψεών τους και την παραγωγή σημαντικής ποσότητας ακτινοβολίας στην υπεριώδη ζώνη. Επιπλέον, με βάση την τρέχουσα απογραφή βραχωδών εξωπλανητών, οι κόκκινοι νάνοι θεωρούνται το πιο πιθανό μέρος για να βρεθούν πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη.
Καλλιτεχνική αναπαράσταση του δυνητικά κατοικήσιμου πλανήτη Kepler 422-b (αριστερά), σε σύγκριση με τη Γη (δεξιά). Προσφορά: Ph03nix1986/Wikimedia Commons
Για χάρη της μελέτης τους, ο Covone και οι συνεργάτες του εξέτασαν πόση ενέργεια λαμβάνουν οι γνωστοί γήινοι εξωπλανήτες και αν θα ήταν αρκετή για την παραγωγή θρεπτικών ουσιών και μοριακού οξυγόνου. Όπως συνόψισε ο καθηγητής Covone σε μια Βασιλική Αστρονομική Εταιρεία δελτίο ειδήσεων :
«Δεδομένου ότι οι κόκκινοι νάνοι είναι μακράν ο πιο κοινός τύπος αστεριών στον γαλαξία μας, αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι οι συνθήκες που μοιάζουν με τη Γη σε άλλους πλανήτες μπορεί να είναι πολύ λιγότερο συχνές από ό,τι θα μπορούσαμε να ελπίζουμε. Αυτή η μελέτη θέτει ισχυρούς περιορισμούς στις παραμέτρους του χώρου για πολύπλοκη ζωή, οπότε δυστυχώς φαίνεται ότι το «γλυκό σημείο» για τη φιλοξενία μιας πλούσιας βιόσφαιρας που μοιάζει με τη Γη δεν είναι τόσο ευρύ».
Βρήκαν ότι από όλους τους γνωστούς βραχώδεις εξωπλανήτες, μόνο ένας πλησιάζει στο να λάβει την ποσότητα PAR που θα χρειαζόταν για να διατηρήσει μια μεγάλη βιόσφαιρα. Αυτό ήταν Kepler-442b , ένας βραχώδης πλανήτης περίπου διπλάσιος από τη Γη (γνωστός και ως Υπέρ-Γη) που περιφέρεται εντός του HZ ενός πορτοκαλί νάνου τύπου Κ που βρίσκεται περίπου 1.206 έτη φωτός μακριά. Διαπίστωσαν επίσης ότι τα αστέρια με τη μισή θερμοκρασία επιφάνειας του Ήλιου μας – 5.778 K (5500 °C, 9940 °F) – ή λιγότερο δεν μπορούν να διατηρήσουν βιόσφαιρες που μοιάζουν με τη Γη.
Αυτό ισχύει για πολλούς αστέρες πορτοκαλί νάνους τύπου Κ, οι οποίοι έχουν επιφανειακές θερμοκρασίες από 3.900 έως 5.200 Κ (3625 έως 4925 °C, 6560 έως 8900 °F). Ενώ οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω τους θα μπορούσαν ακόμα να πραγματοποιήσουν οξυγονική φωτοσύνθεση, δεν θα μπορούσαν να διατηρήσουν πλούσιες βιόσφαιρες. Εν τω μεταξύ, όλοι οι κόκκινοι νάνοι τύπου Μ – οι οποίοι κυμαίνονται από 2.000 έως 3.900 Κ (1725 έως 4925 °C, 3140 έως 8900 °F) – δεν θα λάμβαναν αρκετή ενέργεια για να ενεργοποιήσουν ακόμη και τη φωτοσύνθεση.
Το τηλεσκόπιο James Webb της NASA, που εμφανίζεται στη σύλληψη αυτού του καλλιτέχνη, θα παρέχει περισσότερες πληροφορίες σχετικά με εξωπλανήτες που είχαν ανιχνευθεί προηγουμένως. Πέρα από το 2020, πολλά περισσότερα διαστημικά τηλεσκόπια επόμενης γενιάς αναμένεται να βασιστούν σε αυτά που ανακαλύπτει. Πίστωση: NASA
Εν τω μεταξύ, τα αστέρια εμπίπτουν στη φασματική περιοχή O, B, A ή F (που είναι γενικά μπλε ή λευκά) έχουν επιφανειακές θερμοκρασίες που κυμαίνονται από πάνω από 30.000 K (29.725 °C, 53.540 °F) έως μια χαμηλή θερμοκρασία των 5.200 K (4925 °). C, 8,900 °F). Ενώ οι πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά εντός των HZ αυτών των αστεριών θα μπορούσαν να προκαλέσουν φωτοσυνθετικούς οργανισμούς, δεν θα μπορούσαν να διατηρήσουν τις βιόσφαιρες αρκετό καιρό ώστε να εξελιχθεί πολύπλοκη ζωή.
Αυτά τα ευρήματα θυμίζουν προηγούμενη έρευνα που διεξήχθη από Manasvi Lingam και Abraham Loeb , μεταδιδακτορικός ερευνητής και ο Frank B. Baird Jr. Καθηγητής Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ (αντίστοιχα). Σε μια μελέτη του 2019, με τίτλο « Φωτοσύνθεση σε κατοικήσιμους πλανήτες γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας », απέδειξαν πώς οι πλανήτες που περιφέρονται γύρω από τα αστέρια κόκκινου νάνους μπορεί να μην λαμβάνουν αρκετά φωτόνια για να υποστηρίξουν τη φωτοσύνθεση.
Τον Νοέμβριο του 2021, το Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) θα εκτοξευτεί στο διάστημα, όπου θα χρησιμοποιήσει την προηγμένη ικανότητα απεικόνισης υπέρυθρης ακτινοβολίας για να ανιχνεύσει μικρότερους πλανήτες που βρίσκονται σε τροχιά πιο κοντά στα άστρα τους, ιδιαίτερα τους κόκκινους νάνους. Μέχρι το 2024, θα ακολουθήσει η Ρωμαϊκό διαστημικό τηλεσκόπιο Nancy Grace (RST), το οποίο θα χρησιμοποιήσει την εξελιγμένη οπτική του και το ευρύ οπτικό πεδίο (100 φορές αυτό του Hubble) για να ανιχνεύσει περισσότερους εξωπλανήτες από ποτέ.
Αυτά και άλλα εξελιγμένα παρατηρητήρια θα αυξήσουν τον αριθμό των επιβεβαιωμένων εξωπλανητών εκθετικά, ρίχνοντας νέο φως στο τι χρειάζεται για να είναι κατοικήσιμος ένας πλανήτης (για τη ζωή όπως τη γνωρίζουμε, σε κάθε περίπτωση). Με κάθε τύχη, θα ανακαλύψουμε πλανητικά περιβάλλοντα που είναι ικανά να υποστηρίξουν τη ζωή όπως δεν την ξέρουμε , επεκτείνοντας έτσι το εύρος των προσπαθειών αναζήτησής μας.
Περαιτέρω ανάγνωση: Βασιλική Αστρονομική Εταιρεία , MNRAS