Napriek tisícom exoplanet, ktoré astronómovia objavili v posledných rokoch, je hlavným problémom určiť, či sú niektoré z nich obývateľné. Pretože nemôžeme skúmať tieto planéty priamo, vedci sú nútení hľadať nepriame indikácie. Sú známe ako biosignatúry, ktoré pozostávajú z chemických vedľajších produktov, ktoré spájame s organickým životom, ktorý sa prejavuje v atmosfére planéty.
Nová štúdia tímu vedcov NASA navrhuje novú metódu na vyhľadávanie možných príznakov života mimo našej slnečnej sústavy. Kľúčom, ktorý odporúčajú, je využiť časté hviezdne búrky z chladných mladých trpasličích hviezd. Tieto búrky vrhajú obrovské oblaky hviezdneho materiálu a žiarenia do vesmíru, interagujú s exoplanetovou atmosférou a vytvárajú biologické podpisy, ktoré sa dajú zistiť.
Štúdia s názvom „Atmosférické majáky života z exoplanet okolo G a K Stars“ sa nedávno objavila v Prírodné vedecké správy. V čele s Vladimírom S. Airapetianom, vyšším astrofyzikom v Heliophysics Science Division (HSD) v NASA Goddard Space Flight Center, do tímu patrili členovia Langley Research Center NASA, Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) a Americká univerzita. ,
Vedci tradične hľadali príznaky kyslíka a metánu v exoplanetovej atmosfére, pretože to sú dobre známe vedľajšie produkty organických procesov. V priebehu času sa tieto plyny akumulujú a dosahujú množstvá, ktoré bolo možné zistiť pomocou spektroskopie. Tento prístup je však časovo náročný a vyžaduje, aby astronómovia trávili dni pokusmi pozorovať spektrá zo vzdialenej planéty.
Ale podľa Airapetiana a jeho kolegov je možné hľadať drsnejšie podpisy na potenciálne obývateľných svetoch. Tento prístup by sa spoliehal na existujúce technológie a zdroje a vyžadoval by si podstatne menej času. Ako Airapetian vysvetlil v tlačovej správe NASA:
„Hľadáme molekuly tvorené od základných predpokladov k životu - konkrétne molekulárneho dusíka, čo je 78 percent našej atmosféry. Sú to základné molekuly, ktoré sú biologicky priateľské a majú silnú infračervenú emisnú silu, čo zvyšuje našu šancu na ich detekciu. “
Airapetian so svojím tímom použil život na Zemi ako šablónu a navrhol novú metódu na vzhľad alebo známky vedľajších produktov vodnej pary, dusíka a kyslíka v atmosfére exoplanet. Skutočným trikom je však využitie druhov extrémnych udalostí v kozmickom počasí, ktoré sa vyskytujú s aktívnymi trpasličími hviezdami. Tieto udalosti, ktoré vystavujú planétové atmosféry výbuchu žiarenia, spôsobujú chemické reakcie, ktoré môžu astronómovia zachytiť.
Pokiaľ ide o hviezdy ako naše Slnko, žltý trpaslík typu G, takéto poveternostné udalosti sú bežné, keď sú ešte stále mladé. Je však známe, že ďalšie žlté a oranžové hviezdy zostávajú aktívne po miliardy rokov a vytvárajú búrky energetických nabitých častíc. A hviezdy typu M (červené trpaslíci), najbežnejší typ vo vesmíre, zostávajú aktívne po celý svoj dlhý život a pravidelne vystavujú svoje planéty minimálnym svetlám.
Keď dosiahnu exoplanet, reagujú s atmosférou a spôsobujú chemickú disociáciu dusíka (N2) a kyslíka (02) na jednotlivé atómy a vodnú paru na vodík a kyslík. Rozkladané atómy dusíka a kyslíka potom spôsobujú kaskádu chemických reakcií, pri ktorých vznikajú hydroxylové skupiny (OH), viac molekulárny kyslík (O) a oxid dusnatý (NO) - čo vedci označujú ako „atmosférické majáky“.
Keď hviezdne svetlo zasiahne atmosféru planéty, tieto majákové molekuly absorbujú energiu a vysielajú infračervené žiarenie. Preskúmaním konkrétnych vlnových dĺžok tohto žiarenia sú vedci schopní určiť, ktoré chemické prvky sú prítomné. Intenzita signálu týchto prvkov je tiež indikáciou atmosférického tlaku. Celkovo tieto hodnoty umožňujú vedcom určiť hustotu a zloženie atmosféry.
Astronómovia už desaťročia používajú model na výpočet toho, ako sa v atmosfére Zeme vytvára kyslík (O³) z kyslíka, ktorý je vystavený slnečnému žiareniu. Airapetian a jeho kolegovia sa snažili vypočítať, koľko oxidu dusnatého a hydroxylu by sa vytvorilo v atmosfére podobnej Zemi a koľko by sa zničil ozón. ,
Aby to dosiahli, konzultovali údaje z misie Termosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) agentúry NASA, ktorá už roky skúma formovanie majákov v zemskej atmosfére. Konkrétne použili údaje zo svojho ozvučenia atmosféry s použitím prístroja Broadband Emission Radiometry (SABER), ktorý im umožnil simulovať, ako sa môžu infračervené pozorovania týchto majákov objaviť v atmosfére exoplanet.
Ako Martin Mlynczak, hlavný riešiteľ SABER v Langley Research Centre NASA a spoluautor príspevku, uviedol:
„Berúc do úvahy to, čo vieme o infračervenom žiarení vyžarovanom zemskou atmosférou, je nápadom pozrieť sa na exoplanety a zistiť, aké signály môžeme zistiť. Ak nájdeme exoplanetové signály v takmer rovnakom pomere ako Zemské, mohli by sme povedať, že planéta je dobrým kandidátom na život. “
Zistili, že frekvencia intenzívnych hviezdnych búrok priamo súvisí so silou tepelných signálov prichádzajúcich z atmosférických majákov. Čím viac búrok sa vyskytne, tým viac molekúl majáka sa vytvorí, čím sa vytvorí signál dostatočne silný na to, aby sa dal pozorovať zo Zeme pomocou vesmírneho teleskopu, a to na základe iba dvoch hodín času pozorovania.
Zistili tiež, že tento spôsob môže vyradiť exoplanety, ktoré nemajú magnetické pole podobné Zemi, ktoré prirodzene interaguje s nabitými časticami zo Slnka. Prítomnosť takého poľa je to, čo zaisťuje, aby atmosféra planéty nebola zbavená, a preto je nevyhnutná pre obývateľnosť. Ako vysvetlil Airapetian:
„Planéta potrebuje magnetické pole, ktoré chráni atmosféru a chráni planétu pred hviezdnymi búrkami a žiarením. Ak hviezdne vetry nie sú také extrémne, že komprimujú magnetické pole exoplanety blízko svojho povrchu, magnetické pole zabraňuje úniku atmosféry, takže v atmosfére je viac častíc a silnejší výsledný infračervený signál. “
Tento nový model je významný z niekoľkých dôvodov. Na jednej strane ukazuje, ako sa výskum, ktorý umožnil podrobné štúdie zemskej atmosféry a ako interaguje s kozmickým počasím, teraz zameriava na štúdium exoplanet. Je to tiež vzrušujúce, pretože by to mohlo umožniť nové štúdie obývateľnosti exoplanet okolo určitých tried hviezd - od mnohých druhov žltých a oranžových hviezd po chladné červené trpasličí hviezdy.
Červení trpaslíci sú najbežnejším typom hviezdy vo vesmíre, čo predstavuje 70% hviezd v špirálových galaxiách a 90% v eliptických galaxiách. Astronómovia navyše na základe nedávnych objavov odhadujú, že červené trpasličí hviezdy pravdepodobne budú mať systémy skalnatých planét. Výskumný tím tiež predpokladá, že vesmírne nástroje budúcej generácie, ako napríklad James Webb Space Telescope, zvýšia pravdepodobnosť nájdenia obývateľných planét pomocou tohto modelu.
Ako William Danchi, Goddardov starší astrofyzik a spoluautor štúdie, povedal:
„Nové poznatky o potenciáli života na exoplanetách kriticky závisia od interdisciplinárneho výskumu, v ktorom sa údaje, modely a techniky využívajú zo štyroch vedeckých divízií NASA Goddard: heliofyzika, astrofyzika, planetárne a vedy o Zemi. Táto zmes vytvára jedinečné a výkonné nové cesty pre výskum exoplanet. “
Až do času, keď nebudeme môcť priamo študovať exoplanety, je každý vývoj, vďaka ktorému sú biologické podpisy ešte zreteľnejšie a ľahšie odhaliteľné, nesmierne cenný. V nasledujúcich rokoch dúfa, že Project Blue a Breakthrough Starshot uskutočnia prvé priame štúdie systému Alpha Centauri. Medzitým sú vylepšené modely, ktoré nám umožňujú zisťovať nespočetné množstvo ďalších hviezd pre potenciálne obývateľné exoplanety, zlaté!
Nielenže značne zlepší naše chápanie toho, aké bežné sú také planéty, ale môžu nás iba nasmerovať na jednu alebo viac pozemských 2.0!
