Az utóbbi években a szomszédos M-típusok (vörös törpe csillagok) környékén felfedezett extra-napenergia bolygók száma jelentősen megnőtt. Sok esetben ezek a megerősített bolygók „földszerűek” voltak, ami azt jelenti, hogy földi (más néven sziklás) és méretükkel összehasonlíthatók a Földdel. Ezek a leletek különösen izgalmasak, mivel a vörös törpe csillagok a leggyakoribbak az univerzumban - csupán a Tejútban a csillagok 85% -át teszik ki.
Sajnos későn számos tanulmányt készítettek, amelyek azt mutatják, hogy ezeknek a bolygóknak nem biztos, hogy vannak az élet fenntartásához szükséges feltételek. A legújabb a Harvard Egyetemen származik, ahol Manasvi Lingam posztdoktori kutató és Abraham Loeb professzor kimutatta, hogy az M-típusú csillagok körüli bolygók nem kapnak elegendő sugárzást csillagokból a fotoszintézis bekövetkezéséhez.
Egyszerűen fogalmazva: úgy gondolják, hogy a Földön az élet 3,7 és 4,1 milliárd évvel ezelőtt jött létre (a késő Hadean vagy a korai Archean Eon idején), egy olyan időben, amikor a bolygó atmoszférája mérgező lett volna az életre. 2,9–3 milliárd évvel ezelőtt a fotoszintetizáló baktériumok jelentek meg, és oxigéngázzal kezdték gazdagítani a légkört.
Ennek eredményeként a Föld körülbelül 2,3 milliárd évvel ezelőtt megtapasztalta az úgynevezett „nagy oxidációs eseményt”. Ez idő alatt a fotoszintézisű organizmusok fokozatosan átalakították a Föld légkörét olyanrészt, amely túlnyomórészt szén-dioxidot és metánt tartalmaz, nitrogénből és oxigénből álló atmoszférává (~ 78%, illetve 21%).
Érdekes módon úgy gondolják, hogy a fotoszintézis más formái még a klorofill fotoszintézisnél is hamarabb kialakultak. Ide tartoznak a retina fotoszintézise, amely kb. 2,5-3,7 milliárd évvel ezelőtt, és még ma is létezik korlátozott niche-környezetben. Ahogy a neve is sugallja, ez a folyamat retinal (egy lila pigment típusán) alapul, hogy elnyelje a napenergiat a látható spektrum sárga-zöld részében (400-500 nm).
Van még olyan oxigén fotoszintézis is (ahol a szén-dioxidot és két vízmolekulát feldolgozzuk formaldehid, víz és oxigén-gáz előállításához), amelyről úgy gondolják, hogy teljes mértékben megelőzi az oxigén fotoszintézist. Hogyan és mikor alakultak ki a különféle típusú fotoszintézisek, kulcsfontosságú a megértéshez, amikor megkezdődött a földi élet. Ahogy Loeb professzor e-mailben elmagyarázta a Space Magazine-nak:
A „fotoszintézis” azt jelenti, hogy a fény összeállítja (szintézis) (fotó). Ez egy olyan folyamat, amelyet növények, algák vagy baktériumok használnak a napfény kémiai energiává történő átalakítására, amely üzemanyagot táplál. A kémiai energiát szénalapú molekulákban tárolják, amelyeket szén-dioxidból és vízből szintetizálnak. Ez a folyamat gyakran oxigént bocsát ki melléktermékként, amely a létünkhöz szükséges. Összességében a fotoszintézis biztosítja az összes szerves vegyületet és az élethez szükséges energia nagy részét, amint azt a Föld bolygón ismerjük. A fotoszintézis viszonylag korai szakaszában merült fel a Föld evolúciós történetében. ”
Az ilyen tanulmányok, amelyek a fotoszintézis szerepét vizsgálják, nem csupán fontosak, mert segítenek bennünket megérteni, hogy az élet hogyan alakult ki a Földön. Ezenkívül segíthetik abban, hogy megértsük azt, hogy az élet kialakulhat-e a napfény nélküli bolygókon, és milyen feltételek mellett ez megtörténhet.
A „Fotoszintézis az alacsony tömegű csillagok körüli lakható bolygókon” című tanulmányukat nemrégiben jelentették meg online, és benyújtották az A Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései. Vizsgálataik érdekében Lingam és Loeb az M-típusú csillagok fotonáramának korlátozására törekedett annak meghatározására, hogy lehetséges-e a fotoszintézis a vörös törp csillagokat keringő földi bolygókon. Amint Loeb kijelentette:
„Dolgozatunkban azt vizsgáltuk, hogy fotoszintézis alakulhat-e ki az alacsony tömegű csillagok körüli lakhatósági zónák bolygóin. Ez a zóna a csillagtól való távolság tartománya, ahol a bolygó felületi hőmérséklete lehetővé teszi a folyékony víz meglétét és az élet kémiai ismereteit. Az abban a zónában lévő bolygók számára kiszámoltuk a felszínüket megvilágító ultraibolya (UV) fluxust a csillag tömegének függvényében. Az alacsony tömegű csillagok hűvösebbek és kevesebb UV fotont bocsátanak ki sugárzásmennyiségben. ”
A vörös törpe csillagokat érintő közelmúltbeli eredményekkel összhangban a kutatás a „Föld-analógokra”, a bolygókra összpontosított, amelyek ugyanazon alapvető fizikai paraméterekkel rendelkeznek, mint a Föld - azaz sugár, tömeg, összetétel, tényleges hőmérséklet, albedo stb. más csillagok környékén nem jól ismertek, ugyanolyan határokkal működtek, mint a Földön - 400-750 nm között.
Ebből Lingam és Loeb kiszámította, hogy az alacsony tömegű M-típusú csillagok nem képesek meghaladni azt a minimális UV-fluxust, amely a Földhez hasonló bioszféra biztosításához szükséges. Amint azt Loeb szemléltette:
„Ez arra utal, hogy az elmúlt években a közeli törpe csillagok, a Proxima Centauri (a Naphoz legközelebbi csillag, 4 fényév távolságra, 0,12 napelemes tömegű, egy lakható bolygóval, Proxima b) környékén felfedezett bolygók és a TRAPPIST-1 ( 40 fényév távolságában, 0,09 napelemes tömeg, három TRAPPIST-1e, f, g) lakható bolygóval valószínűleg nem rendelkezik földszerű bioszférával. Általánosabban véve, a csillagokat áthaladó bolygók légköreinek spektroszkópiai tanulmányai (mint például a TRAPPIST-1) valószínűtlen, hogy biomarkereket, például oxigént vagy ózonot találnak kimutatható szinten. Ha oxigént találnak, akkor valószínűleg nem biológiai eredetű. ”
Természetesen az ilyen elemzésnek korlátozása van. Mint korábban megjegyeztük, Lingam és Loeb jelzik, hogy a többi csillag körüli fotoszintézis elméleti határai nem ismertek. Amíg nem tudunk többet a bolygó körülményeiről és az M-típusú csillagok sugárzási környezetéről, a tudósok kénytelenek lesznek a saját bolygónkon alapuló mutatókat használni.
Másodszor, az is az a tény, hogy az M típusú csillagok változóak és instabilok a Napunkhoz képest, és rendszeresen felpattannak. Más kutatásokra hivatkozva Lingam és Loeb rámutatnak, hogy ezeknek mind pozitív, mind negatív hatása lehet a bolygó bioszféra számára. Röviden: a csillagszórók további UV-sugárzást biztosíthatnak, amely elősegítheti a prebiotikus kémiát, de ártalmas lehet a bolygó légkörére is.
Mindazonáltal, a vörös törp csillagokat keringő extrasoláris bolygók intenzívebb tanulmányainak elutasítását kényszerítik arra, hogy elméleti becslésekre támaszkodjon arról, mennyire valószínű lenne az élet ezen a bolygón. Ami a tanulmányban bemutatott eredményeket illeti, ezek még egy utalás arra, hogy a vörös törpe csillagrendszerek nem valószínűleg a legmegfelelőbb hely az alkalmazható világok megtalálására.
Ha igaz, ezeknek a megállapításoknak drasztikus következményei is lehetnek a földi földön kívüli intelligencia keresésében (SETI). "Mivel a fotoszintézis által termelt oxigén előfeltétele a komplex életnek, például a Földön élő embereknek, ehhez a technológiai intelligencia fejlődéséhez is szükség lesz" - mondta Loeb. "Ez utóbbi megjelenése lehetőséget kínál arra, hogy életet találjanak olyan technológiai aláírásokon keresztül, mint például rádiójelek vagy óriási tárgyak."
Jelenleg a lakható bolygók és az élet kutatásáról továbbra is olyan elméleti modellek szolgálnak, amelyek megmutatják nekünk, mit várunk. Ugyanakkor ezek a modellek továbbra is az „életünkön alapulnak, amint azt ismerjük” - vagyis a Föld analógjait és a földi fajokat használják példaként. Szerencsére a csillagászok az elkövetkező években sokkal többet akarnak megtanulni a következő generációs hangszerek fejlesztése révén.
Minél többet megismerünk az exoplanet rendszerekről, annál valószínűbb, hogy meghatározzuk, vajon azok lakhatóak-e vagy sem. De végül nem tudjuk, mit kell még keresnünk, amíg valóban meg nem találjuk. Ez a nagy paradoxon a földön kívüli intelligencia keresésekor, nem is beszélve arról a másik nagy paradoxonról (nézd meg!).
