K dnešnímu dni astronomové potvrdili existenci 4 422 extrasolárních planet ve 3 280 hvězdných systémech, přičemž dalších 7 445 kandidátů čeká na potvrzení. Z nich jen malá část (165) má pozemskou (aka. skalnatou) povahu a velikostí srovnatelnou se Zemí – tedy ne „Super-Země“. A ještě méně bylo nalezeno, které obíhají v cirkumsolární obyvatelné zóně (HZ) své mateřské hvězdy.
V nadcházejících letech se to pravděpodobně změní, až budou přístroje nové generace (jako James Webb) schopny pozorovat menší planety, které obíhají blíže k jejich hvězdám (což je místo, kde se s větší pravděpodobností nacházejí planety podobné Zemi). Nicméně podle a nové studium od výzkumníků z Neapolská univerzita a Italský národní institut astrofyziky (INAF), biosféry podobné Zemi mohou být pro exoplanety velmi vzácné.
Studie s názvem „ Účinnost kyslíkové fotosyntézy na planetách podobných Zemi v obyvatelné zóně ,“ byl nedávno zveřejněn vMěsíční oznámení Královské astronomické společnosti. Tým pod vedením astrofyzika prof. Giovanniho Covoneho z Neapolské univerzity se zaměřil na to, zda dosud objevené exoplanety mají dostatek. Fotosynteticky aktivní záření (PAR), aby umožnil rozvoj komplexních biosfér.
Dojem tohoto umělce ukazuje planetu obíhající kolem hvězdy podobné Slunci HD 85512 v jižním souhvězdí Vela (Plachta). Kredit: ESO/M. Kornmesser
Tato práce staví na tom, co jsme se dozvěděli o vývoji biosféry Země, která se v průběhu času drasticky změnila. Z toho, co vědci dokázali dát dohromady z geologických záznamů, klimatologických studií a zkamenělých pozůstatků, se předpokládá, že první formy života se objevily na Zemi zhruba před 4 miliardami let, pouhých 500 milionů let poté, co se planeta zformovala z protoplanetárního disku, který obklopil naše Slunce.
Krátce nato se objevili jednobuněční mikrobi, kteří se při tvorbě živin a molekulárního kyslíku spoléhali na fotosyntézu (O2) ze slunečního záření a oxidu uhličitého – které v té době tvořily významnou část zemské atmosféry. V paleoproterozoické éře (asi před 2,4 až 2,0 miliardami let) to vedlo k „ Velká akce okysličení “, kde se molekulární kyslík začal pomalu hromadit v zemské atmosféře a umožnil vznik složitějších forem života.
Konkrétně se fotosyntetické organismy spoléhaly na sluneční záření v rozsahu od 400 do 700 nanometrů na elektromagnetickém spektru, aby prováděly „kyslíkovou fotosyntézu“ – což zhruba odpovídá rozsahu světla, které lidské oko dokáže vnímat – neboli. viditelné světlo. To je pro astrobiology významné znepokojení, protože hvězdy podobné Slunci (žlutí trpaslíci typu G) jsou vzácné, s odhadovanými 4,1 miliardami v galaxii Mléčná dráha (mezi 1 % a 4 %).
Je to hlavní posloupnost červených trpaslíků typu M, kteří tvoří většinu hvězd v našem vesmíru, přičemž jen v naší galaxii tvoří zhruba 75 %. Ve srovnání s hvězdami podobnými Slunci jsou červení trpaslíci chladnější a méně svítící a jsou známí svou zvýšenou aktivitou erupcí a produkováním značného množství záření v ultrafialovém pásmu. Na základě aktuálního sčítání skalních exoplanet jsou navíc červení trpaslíci považováni za nejpravděpodobnější místo, kde lze najít planety podobné Zemi.
Umělecké znázornění potenciálně obyvatelné planety Kepler 422-b (vlevo) ve srovnání se Zemí (vpravo). Kredit: Ph03nix1986/Wikimedia Commons
V zájmu své studie Covone a jeho kolegové zkoumali, kolik energie dostávají známé pozemské exoplanety a zda by to stačilo na produkci živin a molekulárního kyslíku. Jak shrnul prof. Covone v Royal Astronomical Society tisková zpráva :
„Vzhledem k tomu, že červení trpaslíci jsou zdaleka nejběžnějším typem hvězd v naší galaxii, tento výsledek naznačuje, že podmínky podobné Zemi na jiných planetách mohou být mnohem méně běžné, než bychom mohli doufat. Tato studie klade silná omezení na parametrický prostor pro komplexní život, takže se bohužel zdá, že „sladké místo“ pro hostitele bohaté biosféry podobné Zemi není tak široké.
Zjistili, že ze všech známých skalních exoplanet se pouze jedna blíží množství PAR, které by potřebovalo k udržení velké biosféry. Toto bylo Kepler-442b , kamenná planeta asi dvakrát hmotnější než Země (aka Super-Země), která obíhá v HZ oranžového trpaslíka typu K, který se nachází zhruba 1206 světelných let daleko. Dále zjistili, že hvězdy s poloviční povrchovou teplotou našeho Slunce – 5 778 K (5 500 °C; 9940 °F) – nebo méně nemohou udržet biosféry podobné Zemi.
To platí pro mnoho oranžových trpaslíků typu K, kteří mají povrchové teploty 3900 až 5200 K (3625 až 4925 °C; 6560 až 8900 °F). Zatímco planety obíhající kolem nich by mohly stále provádět kyslíkovou fotosyntézu, nebyly by schopny udržet bohaté biosféry. Mezitím všichni červení trpaslíci typu M – kteří se pohybují od 2 000 do 3 900 K (1 725 až 4 925 ° C; 3 140 až 8 900 ° F) – by nedostali dostatek energie ani k aktivaci fotosyntézy.
Teleskop Jamese Webba NASA, zobrazený v koncepci tohoto umělce, poskytne více informací o dříve detekovaných exoplanetách. Očekává se, že po roce 2020 bude na tom, co objeví, stavět mnohem více vesmírných dalekohledů nové generace. Kredit: NASA
Mezitím hvězdy spadají do spektrálního rozsahu O, B, A nebo F (které jsou obecně modré nebo bílé) mají povrchové teploty v rozmezí od více než 30 000 K (29 725 ° C; 53 540 ° F) do minima 5 200 K (4 925 ° F). C; 8900 °F). Zatímco planety obíhající v HZ těchto hvězd by mohly dát vzniknout fotosyntetickým organismům, nebyly by schopny udržet biosféry dostatečně dlouho na to, aby se mohl vyvinout složitý život.
Tato zjištění připomínají předchozí výzkum, který provedl Manasvi Lingam a Abraham Loeb , postdoktorandský výzkumník a profesor vědy Frank B. Baird Jr. na Harvardské univerzitě (v tomto pořadí). Ve studii z roku 2019 s názvem „ Fotosyntéza na obyvatelných planetách kolem hvězd s nízkou hmotností “, ukázali, jak planety, které obíhají kolem červených trpaslíků, nemusí přijímat dostatek fotonů na podporu fotosyntézy.
V listopadu 2021, Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) odstartuje do vesmíru, kde využije své pokročilé infračervené zobrazovací schopnosti k detekci menších planet, které obíhají blíže ke svým hvězdám, zejména červených trpaslíků. Do roku 2024 bude následovat Římský vesmírný dalekohled Nancy Grace (RST), která bude využívat svou sofistikovanou optiku a široké zorné pole (100krát větší než Hubble) k detekci více exoplanet než kdy předtím.
Tyto a další sofistikované observatoře exponenciálně zvýší počet potvrzených exoplanet a vrhnou nové světlo na to, co je potřeba k tomu, aby byla planeta obyvatelná (v každém případě pro život, jak ho známe). S trochou štěstí objevíme planetární prostředí, která jsou schopna podporovat život, jak ho neznáme , čímž rozšiřujeme rozsah našeho hledání.
Další čtení: Královská astronomická společnost , MNRAS
