Упркос хиљадама егзопланета које су астрономи открили последњих година, главни изазов је утврђивање да ли је било која од њих усељива. Пошто не можемо директно да проучавамо ове планете, научници су приморани да траже индиректне индикације. То су познате као биосигнатуре, које се састоје од хемијских нуспродуката које повезујемо са органским животом који се појављују у атмосфери планете.
Нова студија тима НАСА-иних научника предлаже нову методу за тражење потенцијалних знакова живота изван нашег Сунчевог система. Кључно је, они препоручују, да се искористе честе звездане олује хладних, младих патуљастих звезда. Ове олује бацају огромне облаке звездастог материјала и зрачења у свемир, међусобно делујући у атмосфери егзопланета и производећи биосигнатуре које се могу открити.
Студија под називом „Атмосферске светионе живота са егзопланета око Г и К звезда“, недавно се појавила у Натуре Сциентифиц Репортс. Под водством Владимира С. Аирапетиан-а, старијег астрофизичара из Одељења за хелиофизику науке (ХСД) у НАСА Годдард свемирском центру за свемирске летове, тим је укључивао чланове НАСА-иног истраживачког центра у Ланглеи-у, Сциенце Системс анд Апплицатионс Инцорпоратед (ССАИ) и Америчког универзитета .
Традиционално, истраживачи су трагали за знаковима кисеоника и метана у егзопланетним атмосферама, јер су то добро познати нуспродукти органских процеса. Временом се ови гасови накупљају, достижући количине које би се могле детектирати помоћу спектроскопије. Међутим, овај приступ захтева много времена и захтева да астрономи проведу дане покушавајући да посматрају спектре са далеке планете.
Али према Аирапетиан-у и његовим колегама, могуће је тражити грубе потписе на потенцијално усељивим светима. Овај приступ би се ослањао на постојећу технологију и ресурсе и требао би знатно мање времена. Као што је Аирапетиан објаснио у изјави за НАСА:
„Ми тражимо молекуле формиране од основних предуслова живота - тачније молекуларног азота, који представља 78 одсто наше атмосфере. Ово су основни молекули који су биолошки прихватљиви и имају јаку инфрацрвену енергију која повећава нашу шансу да их детектујемо. “
Користећи живот на Земљи као образац, Аирапетиан и његов тим дизајнирали су нову методу за проналажење или знакове нуспродуката водене паре, азота и кисеоника у атмосфери егзопланета. Прави трик је, међутим, искористити врсте екстремних свемирских временских догађаја који се догађају са активним патуљастим звездама. Ови догађаји, који излажу планетарну атмосферу зрачењима, изазивају хемијске реакције које астрономи могу да приме.
Када су у питању звезде попут нашег Сунца, жути патуљак типа Г, такви временски догађаји су чести када су још млади. Међутим, познато је да су друге жуте и наранџасте звезде активне милијарде година, производећи олује енергичних, набијених честица. А звезде М-типа (црвени патуљак), најчешћи тип у Универзуму, остају активни током свог дугог живота, периодично подвргавајући своје планете мини-пламеновима.
Када дођу до егзопланете, они реагују са атмосфером и узрокују хемијску дисоцијацију гаса азота (Н²) и кисеоника (О²) у појединачне атоме, а водене паре у водоник и кисеоник. Разбијени атоми азота и кисеоника затим изазивају каскаду хемијских реакција које производе хидроксил (ОХ), више молекуларни кисеоник (О) и азотни оксид (НО) - што научници називају „атмосферске светилице“.
Када звездана светлост удари у атмосферу планете, ти молекули светионика апсорбују енергију и емитују инфрацрвено зрачење. Испитивањем одређених таласних дужина овог зрачења научници могу да утврде који хемијски елементи су присутни. Јачина сигнала ових елемената је такође показатељ атмосферског притиска. Узето заједно, ова читања омогућавају научнику да утврди густину и састав атмосфере.
Десетљећима су астрономи користили модел да израчунају како се озон (О³) формира у Земљиној атмосфери од кисеоника који је изложен сунчевој радијацији. Користећи исти модел - и упаривајући га са свемирским временским догађајима који се очекују од хладних, активних звезда - Аирапетиан и његове колеге покушали су израчунати колико ће се душичног оксида и хидроксила створити у атмосфери која наликује Земљи и колико озона ће бити уништено. .
Да би то постигли, консултовали су податке из НАСА-ине мисије мезосферне енергетске динамике (Термосфера Ионосфера) у Мезосфери (ТИМЕД) која већ годинама проучава формирање светила у Земљиној атмосфери. Конкретно, користили су податке из његовог Соундинг оф Атмоспхере помоћу широкопојасне радиометрије (САБЕР), који су им омогућили да симулирају како инфрацрвена осматрања ових маяца могу изгледати у атмосфери егзопланета.
Као Мартин Млинцзак, САБЕР-ов сарадник, главни истраживач НАСА-иног истраживачког центра у Ланглеиу, и коаутор овог рада, истакао је:
„Узимајући оно што знамо о инфрацрвеном зрачењу које емитује Земљина атмосфера, идеја је да погледамо егзопланете и видимо какве сигнале можемо да откријемо. Ако пронађемо сигнале егзопланета у готово једнаком односу са Земљиним, могли бисмо рећи да је планета добар кандидат за живот у домаћинству. "
Открили су да је фреквенција интензивних звјезданих олуја директно повезана са јачином топлотних сигнала који долазе из атмосферских свјетала. Што се више олуја догоди, ствара се више молекула светионика, који генеришу сигнал довољно јак да га са Земље може посматрати помоћу свемирског телескопа и заснован на само два сата времена осматрања.
Такође су открили да оваква метода може уклонити егзопланете који не поседују магнетно поље налик Земљи, које природно комуницира са наелектрисаним честицама са Сунца. Присуство таквог поља је оно што осигурава да атмосфера планете не буде уклоњена и стога је од суштинске важности за становање. Као што је Аирапетиан објаснио:
„Планети је потребно магнетно поље које штити атмосферу и штити планету од звјезданих олуја и зрачења. Ако звјездани вјетрови нису тако екстремни да би компримирали магнетно поље егзопланете близу његове површине, магнетно поље спречава атмосферски бијег, тако да у атмосфери има више честица и јачи резултирајући инфрацрвени сигнал. "
Овај нови модел је значајан из више разлога. С једне стране, она показује како се истраживање које је омогућило детаљна проучавања Земљине атмосфере и како она утиче на свемирско време сада поставља ка проучавању егзопланета. Узбудљив је и због тога што би могао да омогући нова истраживања станишта егзопланете око одређених класа звезда - у распону од многих врста жутих и наранџастих звезда до хладних, црвених патуљака.
Црвени патуљци су најчешћи тип звезде у Универзуму, који чине 70% звезда у спиралним галаксијама и 90% у елиптичним галаксијама. Штавише, на основу недавних открића астрономи процењују да ће звезде црвених патуљака вероватно имати системе стеновитих планета. Истраживачки тим такође предвиђа да ће свемирске инструменте нове генерације, попут свемирског телескопа Јамес Вебб, повећати вероватноћу проналаска насељених планета помоћу овог модела.
Како је рекао Виллиам Данцхи, Годдардов виши астрофизичар и коаутор студије:
„Нова сазнања о потенцијалу за живот на егзопланети критично зависе од интердисциплинарних истраживања у којима се користе подаци, модели и технике из четири НАСА Годдард-ове четири дивизије: хелиофизика, астрофизика, планетарне и земаљске науке. Ова смеша производи јединствене и снажне нове путеве за истраживање егзопланета. “
Све до тренутка када не можемо директно проучавати егзопланете, било који развој који биосигнаре чини уочљивијим и лакшим за откривање је невероватно вредан. У наредним годинама Пројект Блуе и Бреактхроугх Старсхот надају се да ће спровести прве директне студије система Алпха Центаури. У међувремену, побољшани модели који нам омогућавају да истражимо безброј других звезда за потенцијално погодне егзопланете су златни!
Не само да ће значајно побољшати наше разумевање колико су такве планете уобичајене, већ ће нас можда усмерити у правцу једне или више Земљи 2.0!
