Obiecujący sposób wykrywania tlenu na pobliskich planetach obiegających gwiazdy przypominające Słońce

Nie zastanawiasz się czasem, czy poza naszym Układem Słonecznym istnieje życie? A gdyby naukowcy odkryli, że blisko nas jest planeta przypominająca Ziemię, która kraży wokół gwiazdy takiej jak Słońce? Według NASA oficjalna liczba egzoplanet – czyli planet orbitujących wokół gwiazd innych niż Słońce – znalezionych od początku lat 90., kiedy to naukowcy odkryli pierwsze z nich, przekroczyła już 4000. Wyszukiwanie egzoplanet z atmosferami i identyfikowanie składu tych atmosfer to kluczowy etap wskazywania miejsc, w których występują ślady życia. Dzięki częściowemu wsparciu ze współfinansowanego ze środków UE projektu ESCAPE zespół badaczy opracował nową metodę, która przyspieszy poszukiwania życia poza naszą planetą. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie „Nature Astronomy”.

By znaleźć poza naszym Układem Słonecznym życie, a przynajmniej pozwalające na nie warunki, naukowcy muszą korzystać z obserwacji naziemnych i prowadzonych z przestrzeni kosmicznej, na przykład przez teleskopy agencji NASA: Transiting Exoplanet Survey Satellite i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który ma rozpocząć misję w 2021 roku. Znajdująca się na powierzchni planety woda w stanie ciekłym może doprowadzić do zaistnienia warunków pozwalających na zamieszkanie, ponieważ sprzyja ona powstawaniu form życia, które mogą mieć kontakt ze znajdującą się wyżej atmosferą. Takie formy życia mogą pozostawiać biosygnatury, w tym np. skład gazowy atmosfery podobny do obecnego na Ziemi dzisiaj (tlen, ozon, metan, dwutlenek węgla i para wodna) lub 2,7 miliarda lat temu (głównie metan i dwutlenek węgla). Takie markery fizyczne wskazujące na istnienie życia mogłyby być wykrywane przez Teleskop Webba i tym podobne rozwiązania, ale czego miałyby szukać te urządzenia, by określić, czy planeta jest bogata w tlen? Jak wyjaśnia komunikat prasowy Universities Space Research Association (USRA), w badaniu opublikowanym na łamach czasopisma „Nature Astronomy” „uczeni zidentyfikowali wyraźny sygnał, który generują zderzające się cząsteczki tlenu”. „Zanim rozpoczęliśmy pracę, uważano, że za pomocą Teleskopu Webba nie można wykryć takich ilości tlenu, jakie występują na Ziemi. Nam udało się jednak znaleźć obiecujący sposób na wykrywanie tego gazu w pobliskich układach planetarnych”, mówi Thomas J. Fauchez, główny autor badania. Cytowany dalej w tym samym komunikacie prasowym dodaje: „Ten generowany przez tlen sygnał odkryto już podczas badania atmosfery ziemskiej na początku lat 80., ale nigdy nie był on analizowany w kontekście egzoplanet”.

Symulacje komputerowe

Badacze skupili się na opracowaniu modeli komputerowych atmosfery egzoplanety orbitującej wokół karła typu widmowego M, inaczej czerwonego karła, czyli najpowszechniejszego typu gwiazdy we Wszechświecie, i symulacji sygnatur tlenu dla takiej planety. Ponieważ karły typu widmowego M, które są o wiele mniejsze, zimniejsze i jaśniejsze niż Słońce, zdają się aktywniej emitować silne światło ultrafioletowe, naukowcy badali, w jaki sposób promieniowanie czerwonego karła może wpływać na atmosferę jego planet. Naukowcy przeprowadzili symulację tego, jak zmienią się barwy składowe światła gwiazdy, gdy planety będą znajdować się naprzeciw niej. W komunikacie prasowym USRA czytamy także: „Gdy światło gwiazdy przechodzi przez atmosferę egzoplanety, tlen pochłania światło o określonych barwach (długościach fal) – w tym wypadku światło podczerwone o długości fal równej 6,4 mikrometra. W momencie zderzania się cząsteczek tlenu ze sobą nawzajem lub z innymi cząsteczkami w atmosferze egzoplanety, energia zderzenia wprowadza cząsteczkę tlenu w specjalny stan, który pozwala jej przez pewien czas pochłaniać światło podczerwone”. To właśnie ten sygnał absorpcji będzie wykrywany przez oprzyrządowanie teleskopów takich jak Teleskop Webba.

Założeniem realizowanego aktualnie projektu ESCAPE (Exploring Shortcuts for the Characterization of the Atmospheres of Planets similar to Earth) było umożliwienie szybkie identyfikowania składu atmosfery egzoplanet podobnych do Ziemi za pomocą dostępnych teleskopów naziemnych i kosmicznych.

Więcej informacji:

strona projektu ESCAPE