Hledání planet mimo naši sluneční soustavu ( extrasolárních planet ) v posledním desetiletí rostla mílovými kroky. Celkem 4 514 exoplanet byly potvrzeny v 3 346 planetárních systémech, přičemž dalších 7 721 kandidátů čeká na potvrzení. V současné době se astrobiologové z velké části zaměřují na přístup „nízko visícího ovoce“ při hledání exoplanet, které jsou svou velikostí, hmotností a složením atmosféry podobné Zemi (také znám jako „ Zemi podobné .”)
Astrobiologové se však také zajímají o nalezení příkladů „exotického života“, druhu, který se objevil za podmínek, které nejsou „jako Země“. Například tým astronomů z University of Cambridge nedávno provedli studii který ukázal, jak se život může objevit na oceánem pokrytých planetách s atmosférou bohatou na vodík (také znám jako „hykéské“ planety). Tato zjištění by mohla mít významné důsledky pro studium exoplanet a oblast astrobiologie.
Výzkum vedl Dr. Nikku Madhusudhan , čtenář v oboru astrofyzika a exoplanetární věda z University of Cambridge Astronomický ústav (IoA). K němu se připojil Ph.D. studentka astrofyziky Anjali Piette (Dr. Madhusudhan je její vedoucí) a další člen IoA Dr. Savvas Constantinou. Studie, která popisuje jejich zjištění s názvem „ Obyvatelnost a biosignatury Hycean Worlds ,“ nedávno se objevil vThe Astrophysical Journal.
Umělcova představa o tom, jak běžné jsou exoplanety v celé Galaxii Mléčná dráha. Obrazový kredit: Wikipedie
Život na malých ledových obrech?
Ze všech exoplanet, které byly objeveny za posledních 30 let, byla velká většina buď převážně kamennými planetami s hmotností několikanásobku hmotnosti Země („Super-země“), nebo ledovými obry s atmosférou bohatou na vodík („mini-Neptuny“ ) nebo někde mezi tím. Zatímco Superzemě tvoří asi 30 % (1 383) všech dosud objevených exoplanet, nejpočetnější jsou miniNeptuny, které tvoří 34 % (1 531).
Většina mini-Neptunů je více než 1,7 a 3,9krát větší než Země a má se za to, že mají vnitřky složené z ledu, hornin a oceánů těkavých prvků. Předchozí studie takových planet zjistily, že tlakové a teplotní podmínky pod jejich atmosférou bohatou na vodík by byly příliš velké na to, aby podporovaly život. Nicméně v a předchozí studium Nikku Madhusudhan a jeho tým zjistili, že tyto planety mohou za určitých podmínek podporovat život.
Zejména zkoumali exoplaneta K2-18b , mini-Neptun, který byl ústředním bodem velké pozornosti v roce 2019, kdy dva různé týmy oznámily detekci vodní páry v jeho atmosféře bohaté na vodík. Výsledky, které Dr. Madhusudhan a jeho tým získali z této studie, je vedly k prozkoumání celé škály planetárních a hvězdných vlastností, které by umožnily mini-Neptunům, aby byly potenciálně obyvatelné.
To je vedlo k identifikaci nové třídy planet, které pojmenovali „Hycean“, což je portmanteau slov „vodík“ a „oceán“. Podobně jako takzvané „vodní světy“ by hykéské světy byly pokryty celoplanetárními oceány, ale v atmosféře by dominoval vodík (v souladu s plynnými obry). Přítomnost tohoto atmosférického vodíku by umožnila skleníkový efekt, který by pomohl zajistit, že povrchové oceány zůstanou tekuté.
Umělecký dojem z K2-18b. Kredit: Amanda Smith
Charakteristika
Planety, které spadají do této klasifikace, by měly průměr přibližně 2,6krát větší než Země a měly by atmosférické teploty až 200 °C (392 °F), v závislosti na povaze jejich hostitelské hvězdy a blízkosti planety k ní. To je podobné tomu, jaké byly podle vědců podmínky na Zemi před miliardami let, v době, kdy se začaly objevovat první jednobuněčné mikrobiální organismy.
Jak shrnul Dr. Madhusudhan v nedávném University of Cambridge tisková zpráva Tyto výsledky by mohly znamenat, že existuje třída exoplanet hojnějších než ty „podobné Zemi“, které podporují život, takže je pro astrobiology mnohem snazší najít:
„Planety hykénů otevírají zcela novou cestu v našem hledání života jinde. V podstatě, když jsme hledali tyto různé molekulární podpisy, soustředili jsme se na planety podobné Zemi, což je rozumné místo, kde začít. Ale myslíme si, že planety Hycean nabízejí lepší šanci na nalezení několika stopových biologických podpisů.'
Kromě toho tým také identifikoval několik hlavních kandidátů Hycean pro následná pozorování ve své studii. Mnohé z nich jsou větší a teplejší než Země, ale stále mohou být pokryty velkými oceány s typy podmínek, které by mohly podporovat mikrobiální život. Tento život by se pravděpodobně soustředil v extrémních prostředích, jako je hydrotermální na hranici oceánu a pláště, podobně jako to, co bylo pozorováno zde na Zemi.
Tento typ exoplanet může zahrnovat podtřídu přílivově uzamčených „temných hykéských“ planet, kde obyvatelné podmínky existují pouze na jejich trvalých nočních stranách. Strana přivrácená k hostitelské hvězdě planety by byla příliš horká na to, aby udržela vodu v kapalné formě po neomezenou dobu a přenesla teplo na temnou stranu prostřednictvím oceánské a atmosférické konvekce. Existuje také možnost „studených hykéských“ světů, které dostávají od svých hvězd málo záření a mají ledové skořápky.
Umělcův dojem planety „oční bulvy“, vodního světa, kde strana obrácená ke slunci může udržovat oceán s tekutou vodou. Kredit a autorská práva: eburacum45/ DeviantArt
Důsledky pro astrobiologii
Planety této velikosti jsou nejběžnější mezi známou populací exoplanet, i když nebyly studovány zdaleka tak podrobně jako super-Země. Ale jen jejich společný rys znamená, že některá z nejslibnějších míst pro hledání života jinde v Galaxii se mohla skrývat na očích. Navíc tyto planety umožňují mnohem širší cirkumsolární obyvatelná zóna než planety podobné Zemi.
Umístění těchto exoplanet mezi statisticky významnou populaci Super-Země a mini-Neptun by nebylo jen otázkou určení jejich velikosti. Než bude možné kandidáta s jistotou označit jako Hycean, je třeba prozkoumat i další aspekty, jako je hmotnost, teplota a vlastnosti atmosféry. Ale především se budou muset astronomové dobře podívat na tyto potenciální Hyceany, aby zjistili, zda existují nějaké náznaky biologických podpisů.
„Je vzrušující, že na planetách tak odlišných od Země mohou existovat obyvatelné podmínky,“ řekla Anjali Piette. Vzrušující je také skutečnost, že potenciální biosignatury Hyceanů, které identifikoval Dr. Madhusudhan a jeho tým, bude snazší detekovat pomocí spektroskopických pozorování. Jejich větší rozměry, vyšší teploty a atmosféry bohaté na vodík znamenají, že jakékoli atmosférické podpisy budou mnohem lépe detekovatelné, než by tomu bylo u planet podobných Zemi. Řekl Madhusudhan:
'Detekce biologického podpisu by změnila naše chápání života ve vesmíru.' Musíme být otevření ohledně toho, kde očekáváme, že najdeme život a jakou podobu by mohl mít, protože příroda nás stále překvapuje často nepředstavitelnými způsoby.“
Mezi další možné biologické znaky patří organické sloučeniny jako methylchlorid a dimethylsulfid, které jsou na Zemi méně zastoupeny, ale mohly by být indikátory života na planetách s atmosférou bohatou na vodík a nízkým množstvím kyslíku nebo ozónu. Opět je to v souladu s přístupem „nízko visícího ovoce“, kdy hledáme biomarkery potřebné pro život, jak jej známe, nebo produkované životem.
Až budou v blízké budoucnosti dostupné teleskopy nové generace, velký vzorek potenciálních hyceánských světů připravený týmem z Cambridge bude hlavní příležitostí pro následná pozorování. Kromě toho jsou všechny tyto planety podle kosmických standardů relativně blízko a obíhají kolem hvězd typu M (červený trpaslík), které se nacházejí 35 až 150 světelných let od Sluneční soustavy. Již nyní se plánuje studium K2-18b (nejslibnějšího kandidáta) pomocí nové generace Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST).
Až v listopadu (nebo začátkem prosince) tohoto roku odstartuje JWST, astronomové budou moci provádět Přímé zobrazování studium exoplanet v blízkých až středních infračervených vlnových délkách a získávání spekter přímo z jejich atmosfér. The Římský vesmírný dalekohled Nancy Grace (RST) bude následovat v roce 2025, která bude také provádět přímé zobrazovací studie pomocí svého pokročilého systému optiky, koronografů a spektrometrů.
Tyto výsledky pomáhají ilustrovat, jak výzkum exoplanet v posledních letech roste a mění se. S tisíci potvrzených exoplanet, které jsou nyní k dispozici pro studium, se proces posunul od objevu k charakterizaci. S vylepšenými přístroji a metodami mohou astronomové klást přísnější omezení na to, jaké bude planetární prostředí.
Uprostřed toho všeho mohou vědci testovat své teorie o druzích podmínek, za kterých by mohl existovat život v našem vesmíru. Koneckonců, konečným cílem není najít jen „život, jak ho známe“, ale takový, jaký existuje v celé své rozmanitosti a slávě. I když jsme možná právě teď odkázáni na hledání nízko visícího ovoce, může přijít den, kdy bychom mohli vylézt na strom života a zjistit, jaké exotické ovoce roste nejdále od Země.
Další čtení: Univerzita v Cambridge , The Astrophysical Journal