Hledání života může být mnohem komplikovanější, než se zdá. Tato tři slova tvoří pěkný, přehledný název, ale to, co obnáší, je mimořádně obtížné. Jak můžeme v této obrovské galaxii najít život a planety nebo měsíce, které by ho mohly hostit? Sotva jsme ve stavu, kdy bychom objevili nebo vyloučili jiný život v naší vlastní sluneční soustavě.
Najít to někde jinde v galaxii, dokonce i v našem vlastním mezihvězdném sousedství, je úkol tak skličující, že může být těžké ho pochopit.
Takže kdykoli si vědci myslí, že našli něco, co jim může poskytnout výhodu v jejich téměř nemožném úkolu, zaslouží si, aby se o tom mluvilo.
Nová studie říká, že hvězdy, které obsahují fosfor (P) může s větší pravděpodobností hostit planety se životem. To je založeno na dosavadní vědě o exoplanetách a našich znalostech chemie a života. Fosfor je, pokud víme, nezbytnou chemickou látkou pro život a planety mají tendenci napodobovat složení svých hvězd. Takže hvězdy, které mají fosfor, pravděpodobně zplodily planety, které ho mají, a tím i šanci hostit život.
Nový dokument se jmenuje „ Vliv hvězdného fosforu na naše chápání exoplanet a astrobiologie .“ Hlavní autorkou je Dr. Natalie Hinkel, planetární fyzička v Southwest Research Institute (SwRI). Článek je publikován v The Astrophysical Journal Letters.
'Můj spoluautor, Dr. Hilairy Hartnett, je oceánograf a poukázal na to, že fosfor je životně důležitý pro veškerý život na Zemi,' uvedl hlavní autor Hinkel v dokumentu. tisková zpráva . 'Je nezbytný pro tvorbu DNA, buněčných membrán, kostí a zubů u lidí a zvířat a dokonce i mořského mikrobiomu planktonu.'
Zde na Zemi jsou buněčné membrány složeny z molekul fosfolipidů rozpuštěných v kapalné vodě. Fosfolipid má páteř z atomů uhlíku (šedá) a také obsahuje vodík (nebesky modrá), fosfor (žlutá), kyslík (červená) a dusík (modrá). Kredit: Ties van Brussel
Astronomové používají spektroskopie k určení chemických prvků přítomných ve hvězdě. Mohou určit relativní množství prvků, jako je fosfor. Chemické složení hvězdy je zástupným znakem chemického složení planet, které kolem ní obíhají, protože všechny pocházejí ze stejného mezihvězdné médium .
V astrofyzice je každý prvek těžší než vodík a helium považován za kov. Astrofyzici odkazují na „kovovost“ hvězdy, což znamená, kolik nebo jak málo se hvězda skládá z prvků těžších než H a He. Existuje určitá neshoda ohledně přesné metalicity Slunce, přičemž různí výzkumníci dospěli k celkovému obsahu asi 1,3 % kovu až 1,8 % kovu. Ale v každém případě část tohoto procenta je fosfor a některá data ukazují, že Slunce má vyšší než průměrný obsah P.
Fosfor je zásadní pro život, jak jej známe. Ve své ortofosfátové formě tvoří fosfát páteř genetických molekul a je energetickou měnou téměř celého metabolismu. Je součástí toho, co vědci nazývají CHNOPS (uhlík, vodík, dusík, kyslík, fosfor a síra). Jeho nalezení je pravděpodobně rozhodující pro nalezení života. V pozemských oceánech je fosfor limitující živinou a je nejméně dostupný ze šesti v CHNOPS. Zatímco CHNOPS jsou nejběžnější prvky v typické buňce, P je nejméně zastoupený. A přestože C, H, N, O a S jsou všechny v první desítce nejrozšířenějších prvků ve vesmíru, P je na 17. místě.
Umělcova představa skalních exoplanet obíhajících kolem Gliese 832, červeného trpaslíka vzdáleného pouhých 16 světelných let od Země. V současné době je nemožné měřit povrchový obsah jakýchkoli exoplanet, takže hledání fosforu ve hvězdách může být jakousi užitečnou zkratkou při hledání života. Kredit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org).
V současné době nemáme žádný způsob, jak měřit obsah povrchu exoplanety. Průzkum charakterizující chemické prvky v exoplanetách je tedy daleko. V současné době je také nemožné vědět, zda exoplaneta odhalila kontinentální horninu a povrchovou vodu, dvě věci, o kterých si myslíme, že jsou kritické pro geochemické planetární cykly nezbytné pro život. „Při hledání exoplanet a snaze zjistit, zda jsou obyvatelné, je důležité, aby planeta žila s aktivními cykly, sopkami a deskovou tektonikou,“ řekl hlavní autor Hinkel.
Spoléháním se na hvězdné proxy obsahující fosfor mohou výzkumníci udělat potenciální zkrat při hledání života. Své úsilí mohou zaměřit na planety obklopující hvězdy, které vykazují fosfor. Někdy v budoucnu, až budeme mít možnost blíže studovat jednotlivé exoplanety, budou astronomové již vědět, které z nich pravděpodobně obsahují potřebný fosfor.
Pro tuto studii výzkumníci použili Katalog Hypatia , kterou Hinkel vyvinul jako veřejně dostupnou hvězdnou databázi. Hypatia byla vytvořena, aby „zhodnotila a porovnala poměry množství uhlíku, dusíku, křemíku a fosforu blízkých hvězd s poměry v průměrném mořském planktonu, zemské kůře a také ve velkém křemičitanu na Zemi a Marsu“. Ale katalog Hypatia obsahuje informace pouze pro 9 434 hvězd a pro některé z těchto hvězd jsou měření neúplná.
'Ale existuje tak málo údajů o hvězdném množství fosforu,' řekl Hinkel. „Údaje o fosforu existují pouze pro asi 1 % hvězd. Díky tomu je opravdu obtížné zjistit nějaké jasné trendy mezi hvězdami, nemluvě o roli fosforu ve vývoji exoplanety.'
Toto je částečný snímek obrazovky části katalogu Hypatia. Ukazuje počet zkoumaných hvězd, které obsahují každý prvek, nepočítaje vodík a helium. Železo (Fe) je přítomno v každé jednotlivé hvězdě v katalogu, zatímco fosfor (P) byl změřen a nalezen pouze u 100 hvězd z 9434. Kredit: Natalie Hinkel/Hypatia
Jednou z překážek při studiu a hledání fosforu ve hvězdách je to, že není snadno vidět. Když astronomové provádějí spektroskopická pozorování hvězd, obvykle nehledají tam, kam by se měli dívat, aby je našli. Je to proto, že je pozorován na hranici optických vlnových délek světla a infračerveného světla.
Naše Slunce má relativně dostatek fosforu, a to znamená, že Země má také. Život na Zemi nevyžaduje obrovské množství fosforu, ale to, co vyžaduje, je zásadní. S těmito znalostmi si Hinkel myslí, že je čas, aby astronomická komunita při hledání života použila hledání fosforu.
„Naše Slunce má relativně vysoký obsah fosforu a biologie Země vyžaduje malé, ale znatelné množství fosforu,“ pokračoval Hinkel. 'Takže na kamenných planetách, které se tvoří kolem hostitelských hvězd s menším množstvím fosforu, je pravděpodobné, že fosfor nebude k dispozici pro potenciální život na povrchu této planety.' Proto naléháme na komunitu hvězdné hojnosti, aby pozorování fosforu učinila prioritou v budoucích studiích a návrzích dalekohledů.“
Naše Slunce je hvězda Populace II stará asi 5 miliard let. Jako takový má vyšší metalicitu a obsahuje prvky těžší než vodík a helium, včetně kyslíku, uhlíku, neonu, železa a fosforu, i když pouze v nepatrných procentech. Ale i s malým procentem fosforu astronomové tvrdí, že obsah P je relativně vysoký. Obrázek: NASA/Solar Dynamics Observatory.
Katalog Hypatia může obsahovat důležitou lekci. Honba za exoplanetami, které by mohly podporovat život, má tendenci se soustředit na planety v obyvatelné zóně jejich hvězd, což dává smysl. Pokud víme, žádná kapalná voda neznamená žádný život. Pokud však pouze 100 z 9 434 hvězd v něm obsahuje fosfor, měl by být tento omezující faktor použit k upřesnění hledání. Koneckonců, žádný fosfor také nemusí znamenat žádný život.
„Naše Slunce má relativně vysoké P a biologie Země vyžaduje malé, ale konečné množství P,“ píší autoři ve svém článku. 'Na kamenných planetách, které se tvoří kolem hostitelských hvězd s podstatně méně P, by silné rozdělení P do jádra mohlo vyloučit potenciál pro povrch P a v důsledku toho pro život na povrchu této planety. Proto naléháme na komunitu hvězdné hojnosti, aby pozorování P učinila prioritou v budoucích studiích a návrzích dalekohledů.“
Autoři si myslí, že další malý infračervený vesmírný teleskop na oběžné dráze Země by to mohl udělat. 'Proto, abychom zlepšili naše porozumění P a jeho roli v obyvatelnosti planet, musí komunita vyvinout vybavení, které dokáže překonat tyto pozorovací výzvy,' píší. 'Například infračervený spektrograf na nízké oběžné dráze Země nebo ve vesmíru by byl schopen zpřístupnit molekulární linie P (jako je PS) i elementární linie, které nejsou dosažitelné ze země.'
Primární zrcadlový segment EDU (Engineering Design Unit) vesmírného teleskopu Jamese Webba, potažený zlatem. JWST bude mít sílu snímat spektra atmosfér exoplanet a určovat jejich obsah. Ale jeho síla je potřebná k řešení jiných vědeckých otázek. Možná je čas na další, menší vesmírný dalekohled, který by hledal fosfor ve hvězdách. Obrazový kredit: NASA/Drew Noel
Autoři se domnívají, že k pokroku ve vědě o exoplanetách bude pravděpodobně zapotřebí více spolupráce mezi různými vědeckými disciplínami. Nutnost P pro existenci života spolu s obtížností jeho detekce ve hvězdách to objasňují. 'V tomto dopise,' píší, 'jsme uvedli příklad, kdy pochopení z geobiologie odhaluje, že P, prvek dosud v astrofyzice nedoceněný, je pro biologii kriticky důležitý.'
'Na druhou stranu geobiolog zjistí, že P je neuvěřitelně obtížné měřit, zejména v kontextu s jinými bioesenciálními prvky. Obě části mezioborové spolupráce budou muset spolupracovat, aby pokročily v myšlení komunity exoplanet a získaly data potřebná ke sledování biologických systémů na exoplanetách.“