În ciuda miilor de exoplanete care au fost descoperite de astronomi în ultimii ani, a determina dacă vreunul dintre ei este sau nu locuibil este o provocare majoră. Deoarece nu putem studia direct aceste planete, oamenii de știință sunt nevoiți să caute indicații indirecte. Acestea sunt cunoscute sub numele de biosemnaturi, care constau în subprodusele chimice pe care le asociem cu viața organică care apare în atmosfera unei planete.
Un nou studiu realizat de o echipă de oameni de știință NASA propune o nouă metodă pentru a căuta potențialele semne de viață dincolo de sistemul nostru solar. Cheia, recomandă ei, este să profite de furtunile stelare frecvente de la stelele pitice tinere și reci. Aceste furtuni aruncă nori uriași de material stelar și radiații în spațiu, interacționând cu atmosfera exoplanetă și producând biosemnaturi care ar putea fi detectate.
Studiul, intitulat „Beaconii atmosferici ai vieții din exoplanetele din jurul stelelor G și K”, a apărut recent în Rapoarte științifice ale naturii. Condusă de Vladimir S. Airapetian, un astrofizician senior cu Divizia de Știință Heliofizică (HSD) la Centrul Zborului Spațial Goddard NASA, echipa a inclus membri din Centrul de Cercetare Langley al NASA, de la Science Systems and Applications Incorporated (SSAI) și de la Universitatea Americană .
În mod tradițional, cercetătorii au căutat semne de oxigen și metan în atmosfere exoplanetare, deoarece acestea sunt produse secundare cunoscute ale proceselor organice. În timp, aceste gaze se acumulează, ajungând la cantități care ar putea fi detectate cu ajutorul spectroscopiei. Cu toate acestea, această abordare consumă mult timp și necesită ca astronomii să petreacă zile întregi încercând să observe spectre de pe o planetă îndepărtată.
Dar, după Airapetian și colegii săi, este posibilă căutarea de semnături mai crude pe lumi potențial locuibile. Această abordare se bazează pe tehnologia și resursele existente și ar dura mult mai puțin timp. După cum a explicat Airapetian într-un comunicat de presă al NASA:
„Căutăm molecule formate de la premisele fundamentale până la viață - în special azotul molecular, care este 78% din atmosfera noastră. Acestea sunt molecule de bază care sunt prietenoase biologic și au o putere puternică de emisie în infraroșu, crescând șansa noastră de a le detecta. ”
Folosind viața pe Pământ ca șablon, Airapetian și echipa sa au conceput o nouă metodă pentru a arăta sau semne de produși de vapori de apă, azot și gaze de oxigen în atmosfere exoplanetelor. Adevăratul truc este totuși să profitați de tipurile de evenimente meteorologice spațiale extreme care au loc cu stele pitice active. Aceste evenimente, care expun atmosfera planetară la explozii de radiații, provoacă reacții chimice pe care astronomii le pot alege.
Când vine vorba de stele ca Soarele nostru, un pitic galben de tip G, astfel de evenimente meteorologice sunt frecvente când sunt încă tineri. Cu toate acestea, se știe că alte stele galbene și portocalii rămân active timp de miliarde de ani, producând furtuni de particule energice, încărcate. Și stelele de tip M (pitică roșie), cel mai obișnuit tip din Univers, rămân active pe parcursul vieții lor lungi, supunându-și periodic planetele mini-flăcări.
Când acestea ajung la un exoplanet, reacționează cu atmosfera și provoacă disocierea chimică a azotului (N²) și a gazului de oxigen (O²) în atomi simpli, iar vaporii de apă în hidrogen și oxigen. Atomurile de azot și oxigen descompuse determină apoi o cascadă de reacții chimice care produc hidroxil (OH), mai mult oxigen molecular (O) și oxid nitric (NO) - ceea ce oamenii de știință denumesc „balizele atmosferice”.
Când lumina stelelor atinge atmosfera unei planete, aceste molecule de baliză absorb energia și emit radiații infraroșii. Examinând lungimile de undă specifice ale acestei radiații, oamenii de știință sunt capabili să determine ce elemente chimice sunt prezente. Puterea semnalului acestor elemente este, de asemenea, un indiciu al presiunii atmosferice. Luate împreună, aceste lecturi permit oamenilor de știință să determine densitatea și compoziția unei atmosfere.
De zeci de ani, astronomii au folosit și un model pentru a calcula modul în care ozonul (O³) se formează în atmosfera Pământului din oxigenul care este expus radiațiilor solare. Folosind același model - și împerecheându-l cu evenimente meteorologice spațiale așteptate de la stele reci, active, Airapetian și colegii săi au căutat să calculeze cât de mult ar forma oxidul nitric și hidroxilul într-o atmosferă asemănătoare Pământului și cât de mult ozon ar fi distrus. .
Pentru a realiza acest lucru, aceștia au consultat date din misiunea Termosphere Ionosphere Mesosphere Energetics Dynamics (TIMED) a NASA, care studiază formarea balizelor în atmosfera Pământului de ani buni. Mai exact, ei au utilizat datele provenite de la sondarea sa a atmosferei folosind instrumentul de radiografie cu emisie în bandă largă (SABER), ceea ce le-a permis să simuleze cum pot apărea observații în infraroșu ale acestor balize în atmosfere exoplanetare.
După cum Martin Mlynczak, investigatorul principal asociat SABER la Langley Research Center din NASA și co-autor al lucrării, a indicat:
„Luând ceea ce știm despre radiațiile infraroșii emise de atmosfera Pământului, ideea este să analizăm exoplanetele și să vedem ce fel de semnale putem detecta. Dacă găsim semnale exoplanetă în aceeași proporție cu cele ale Pământului, am putea spune că planeta este un candidat bun pentru găzduirea vieții. "
Ceea ce au descoperit a fost că frecvența furtunilor stelare intense era direct legată de puterea semnalelor de căldură care provin din balizele atmosferice. Cu cât apar mai multe furtuni, cu atât sunt create mai multe molecule de baliză, generând un semnal suficient de puternic pentru a fi observat de pe Pământ cu un telescop spațial și bazat pe doar două ore de timp de observare.
De asemenea, au descoperit că acest tip de metodă poate elimina exoplanetele care nu posedă un câmp magnetic asemănător Pământului, care interacționează în mod natural cu particulele încărcate de la Soare. Prezența unui astfel de câmp este ceea ce asigură că atmosfera unei planete nu este dezbrăcată și, prin urmare, este esențială pentru locuință. După cum a explicat Airapetian:
„O planetă are nevoie de un câmp magnetic, care protejează atmosfera și protejează planeta de furtunile stelare și de radiații. Dacă vânturile stelare nu sunt atât de extreme încât să comprimeze câmpul magnetic al unui exoplanet aproape de suprafața sa, câmpul magnetic împiedică scăparea atmosferică, deci există mai multe particule în atmosferă și un semnal infraroșu rezultat mai puternic. "
Acest nou model este semnificativ din mai multe motive. Pe de o parte, arată modul în care cercetările care au permis studiile detaliate ale atmosferei Pământului și modul în care interacționează cu vremea spațială sunt acum puse în discuție pentru studiul exoplanetelor. De asemenea, este interesant, deoarece ar putea permite noi studii privind locuința exoplanetelor în jurul anumitor clase de stele - de la multe tipuri de stele galbene și portocalii până la stele pitice roșii și pitice.
Piticele roșii sunt cel mai frecvent tip de stele din Univers, reprezentând 70% din stele în galaxiile spiralate și 90% în galaxiile eliptice. Ba mai mult, pe baza descoperirilor recente, astronomii estimează că stelele pitice roșii sunt foarte susceptibile să aibă sisteme de planete stâncoase. Echipa de cercetare anticipează, de asemenea, că instrumentele spațiale de generație viitoare precum Telescopul spațial James Webb vor crește probabilitatea de a găsi planete locuibile folosind acest model.
După cum spunea William Danchi, un astrofizician senior Goddard și coautor al studiului:
„Noi perspective asupra potențialului de viață al exoplanetelor depind în mod critic de cercetările interdisciplinare în care datele, modelele și tehnicile sunt utilizate din cele patru divizii științifice ale NASA Goddard: heliofizica, astrofizica, științele planetare și ale Pământului. Acest amestec produce noi căi unice și puternice pentru cercetarea exoplanetelor. ”
Până la un moment în care suntem în măsură să studiem direct exoplanetele, orice dezvoltare care face biosignatures mai discernibile și mai ușor de detectat este incredibil de valoroasă. În următorii ani, Project Blue și Breakthrough Starshot speră să conducă primele studii directe ale sistemului Alpha Centauri. Dar, între timp, modelele îmbunătățite care ne permit să cercetăm nenumărate alte stele pentru exoplanetele potențial locuibile sunt aurii!
Nu numai că ne vor îmbunătăți considerabil cât de obișnuite sunt astfel de planete, ci ne vor indica doar în direcția uneia sau a mai multor Pământuri 2.0!
