Τα τελευταία χρόνια, ο αριθμός των επιπλέον ηλιακών πλανητών που ανακαλύφθηκαν γύρω από τον κοντινό τύπο τύπου M (κόκκινα αστέρια νάνων) έχει αυξηθεί σημαντικά. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτοί οι επιβεβαιωμένοι πλανήτες ήταν «σαν τη Γη», που σημαίνει ότι είναι επίγειοι (γνωστός και ως βραχώδεις) και συγκρίσιμου μεγέθους με τη Γη. Αυτά τα ευρήματα ήταν ιδιαίτερα συναρπαστικά, καθώς τα κόκκινα αστέρια νάνων είναι τα πιο συνηθισμένα στο Σύμπαν - αντιπροσωπεύοντας μόνο το 85% των αστεριών στον Γαλαξία μας.
Δυστυχώς, πολλές μελέτες έχουν διεξαχθεί πρόσφατα που δείχνουν ότι αυτοί οι πλανήτες μπορεί να μην έχουν τις απαραίτητες προϋποθέσεις για να υποστηρίξουν τη ζωή. Το τελευταίο προέρχεται από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, όπου ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Manasvi Lingam και ο καθηγητής Abraham Loeb καταδεικνύουν ότι οι πλανήτες γύρω από τα αστέρια τύπου Μ ενδέχεται να μην έχουν αρκετή ακτινοβολία από τα αστέρια τους για να εμφανιστεί η φωτοσύνθεση.
Με απλά λόγια, η ζωή στη Γη πιστεύεται ότι έχει αναδυθεί πριν από 3,7 έως 4,1 δισεκατομμύρια χρόνια (κατά τα τέλη του Hadean ή στις αρχές του Archean Eon), σε μια εποχή που η ατμόσφαιρα του πλανήτη θα ήταν τοξική για τη ζωή σήμερα. Πριν από 2,9 έως 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, φωτοσυνθετικά βακτήρια άρχισαν να εμφανίζονται και άρχισαν να εμπλουτίζουν την ατμόσφαιρα με αέριο οξυγόνο.
Ως αποτέλεσμα, η Γη γνώρισε αυτό που είναι γνωστό ως «Μεγάλη Εκδήλωση Οξείδωσης» πριν από 2,3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί μετέβαλαν σταδιακά την ατμόσφαιρα της Γης από έναν που αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο σε ένα που αποτελείται από αέριο άζωτο και οξυγόνο (~ 78% και 21%, αντίστοιχα).
Είναι αρκετά ενδιαφέρον ότι άλλες μορφές φωτοσύνθεσης πιστεύεται ότι εμφανίστηκαν ακόμη νωρίτερα από τη φωτοσύνθεση χλωροφύλλης. Αυτές περιλαμβάνουν τη φωτοσύνθεση του αμφιβληστροειδούς, η οποία προέκυψε περίπου. 2,5 έως 3,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν και εξακολουθεί να υπάρχει σε περιορισμένα εξειδικευμένα περιβάλλοντα σήμερα. Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτή η διαδικασία βασίζεται στον αμφιβληστροειδή (ένας τύπος μωβ χρωστικής) για την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας στο κιτρινοπράσινο τμήμα του ορατού φάσματος (400 έως 500 nm).
Υπάρχει επίσης μια ανοξυγονική φωτοσύνθεση (όπου το διοξείδιο του άνθρακα και δύο μόρια νερού υποβάλλονται σε επεξεργασία για τη δημιουργία φορμαλδεΰδης, νερού και αερίου οξυγόνου), η οποία πιστεύεται ότι προηγείται πλήρως της οξυγονικής φωτοσύνθεσης. Πώς και πότε εμφανίστηκαν διαφορετικοί τύποι φωτοσύνθεσης είναι το κλειδί για την κατανόηση πότε ξεκίνησε η ζωή στη Γη. Όπως εξήγησε ο καθηγητής Loeb στο Space Magazine μέσω email:
«« Φωτοσύνθεση »σημαίνει« συνένωση »(σύνθεση) με φως (φωτογραφία). Είναι μια διαδικασία που χρησιμοποιείται από φυτά, φύκια ή βακτήρια για τη μετατροπή του ηλιακού φωτός σε χημική ενέργεια που τροφοδοτεί τις δραστηριότητές τους. Η χημική ενέργεια αποθηκεύεται σε μόρια με βάση τον άνθρακα, τα οποία συντίθενται από διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Αυτή η διαδικασία απελευθερώνει συχνά οξυγόνο ως παραπροϊόν, το οποίο είναι απαραίτητο για την ύπαρξή μας. Συνολικά, η φωτοσύνθεση παρέχει όλες τις οργανικές ενώσεις και το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας που απαιτείται για τη ζωή, όπως τη γνωρίζουμε στον πλανήτη Γη. Η φωτοσύνθεση εμφανίστηκε σχετικά νωρίς στην εξελικτική ιστορία της Γης. "
Μελέτες όπως αυτές, οι οποίες εξετάζουν το ρόλο που διαδραματίζει η φωτοσύνθεση, δεν είναι απλώς σημαντικές γιατί μας βοηθούν να κατανοήσουμε πώς προέκυψε η ζωή στη Γη. Επιπλέον, θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν στην ενημέρωση της κατανόησής μας για το εάν ή όχι θα μπορούσε να προκύψει ζωή σε εξωηλιακούς πλανήτες και υπό ποιες συνθήκες μπορεί να συμβεί αυτό.
Η μελέτη τους, με τίτλο «Φωτοσύνθεση σε κατοικήσιμους πλανήτες γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας», πρόσφατα εμφανίστηκε στο διαδίκτυο και υποβλήθηκε στο Μηνιαίες ειδοποιήσεις της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας. Για χάρη της μελέτης τους, οι Lingam και Loeb προσπάθησαν να περιορίσουν τη ροή φωτονίων των αστεριών τύπου Μ για να προσδιορίσουν εάν η φωτοσύνθεση είναι δυνατή σε επίγειους πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από κόκκινα νάνα. Όπως δήλωσε ο Loeb:
«Στην εργασία μας διερευνήσαμε εάν η φωτοσύνθεση μπορεί να συμβεί σε πλανήτες στην κατοικήσιμη ζώνη γύρω από αστέρια χαμηλής μάζας. Αυτή η ζώνη ορίζεται ως το εύρος αποστάσεων από το αστέρι όπου η θερμοκρασία της επιφάνειας του πλανήτη επιτρέπει την ύπαρξη υγρού νερού και τη χημεία της ζωής όπως το γνωρίζουμε. Για τους πλανήτες σε αυτήν τη ζώνη, υπολογίσαμε την υπεριώδη ροή (UV) που φωτίζει την επιφάνειά τους ως συνάρτηση της μάζας του αστέρι ξενιστή τους. Τα αστέρια χαμηλής μάζας είναι πιο κρύα και παράγουν λιγότερα υπεριώδη φωτόνια ανά ποσότητα ακτινοβολίας. "
Σύμφωνα με πρόσφατα ευρήματα που αφορούσαν αστέρια κόκκινων νάνων, η μελέτη τους επικεντρώθηκε σε «Γή-ανάλογα», πλανήτες που έχουν τις ίδιες βασικές φυσικές παραμέτρους με τη Γη - δηλ. Ακτίνα, μάζα, σύνθεση, αποτελεσματική θερμοκρασία, αλμπέδο κ.λπ. Από τα θεωρητικά όρια της φωτοσύνθεσης γύρω από άλλα αστέρια δεν είναι καλά κατανοητά, δούλεψαν επίσης με τα ίδια όρια με αυτά της Γης - μεταξύ 400 έως 750 nm.
Από αυτό, οι Lingam και Loeb υπολόγισαν ότι τα αστέρια τύπου Μ χαμηλής μάζας δεν θα μπορούσαν να υπερβούν την ελάχιστη ροή UV που απαιτείται για να διασφαλιστεί μια βιόσφαιρα παρόμοια με αυτήν της Γης. Όπως επεσήμανε ο Loeb:
«Αυτό σημαίνει ότι οι κατοικήσιμοι πλανήτες που ανακαλύφθηκαν τα τελευταία χρόνια γύρω από τα κοντινά νάνα αστέρια, το Proxima Centauri (κοντινότερο αστέρι στον Ήλιο, 4 έτη φωτός μακριά, 0,12 ηλιακές μάζες, με έναν κατοικήσιμο πλανήτη, το Proxima b) και το TRAPPIST-1 ( 40 έτη φωτός μακριά, 0,09 ηλιακές μάζες, με τρεις κατοικήσιμους πλανήτες TRAPPIST-1e, f, g), πιθανότατα δεν έχουν βιόσφαιρα σαν τη Γη. Γενικότερα, οι φασματοσκοπικές μελέτες της σύνθεσης των ατμοσφαιρών των πλανητών που διέρχονται τα αστέρια τους (όπως το TRAPPIST-1) είναι απίθανο να βρουν βιοδείκτες, όπως οξυγόνο ή όζον, σε ανιχνεύσιμα επίπεδα. Εάν βρεθεί οξυγόνο, η προέλευσή του είναι πιθανό να μην είναι βιολογικό. "
Φυσικά, υπάρχουν όρια σε αυτό το είδος ανάλυσης. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, οι Lingam και Loeb δείχνουν ότι τα θεωρητικά όρια της φωτοσύνθεσης γύρω από άλλα αστέρια δεν είναι γνωστά. Μέχρι να μάθουμε περισσότερα για τις πλανητικές συνθήκες και το περιβάλλον ακτινοβολίας γύρω από αστέρια τύπου Μ, οι επιστήμονες θα αναγκαστούν να χρησιμοποιούν μετρήσεις βάσει του δικού μας πλανήτη.
Δεύτερον, υπάρχει επίσης το γεγονός ότι τα αστέρια τύπου Μ είναι μεταβλητά και ασταθή σε σύγκριση με τον Ήλιο μας και αντιμετωπίζουν περιοδικές εκρήξεις. Αναφερόμενος σε άλλες έρευνες, οι Lingam και Loeb δείχνουν ότι αυτά μπορούν να έχουν τόσο θετικά όσο και αρνητικά αποτελέσματα στη βιόσφαιρα ενός πλανήτη. Εν ολίγοις, οι αστρικές εκλάμψεις θα μπορούσαν να παρέχουν επιπλέον υπεριώδη ακτινοβολία που θα βοηθούσε να προκαλέσει πρεβιοτική χημεία, αλλά θα μπορούσε επίσης να είναι επιζήμια για την ατμόσφαιρα ενός πλανήτη.
Παρ 'όλα αυτά, αποκλείοντας τις πιο εντατικές μελέτες των εξωηλιακών πλανητών που περιστρέφονται γύρω από κόκκινα αστέρια νάνων, οι επιστήμονες αναγκάζονται να βασίζονται σε θεωρητικές εκτιμήσεις για το πόσο πιθανή θα ήταν η ζωή σε αυτούς τους πλανήτες. Όσον αφορά τα ευρήματα που παρουσιάζονται σε αυτή τη μελέτη, είναι μια ακόμη ένδειξη ότι τα συστήματα των κόκκινων νάνων μπορεί να μην είναι το πιο πιθανό μέρος για να βρουν κατοικήσιμους κόσμους.
Εάν είναι αλήθεια, αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να έχουν δραστικές επιπτώσεις στην αναζήτηση εξωγήινης νοημοσύνης (SETI). «Δεδομένου ότι το οξυγόνο που παράγεται από τη φωτοσύνθεση αποτελεί προϋπόθεση για σύνθετη ζωή, όπως οι άνθρωποι στη Γη, θα χρειαστεί επίσης να εξελιχθεί η τεχνολογική νοημοσύνη», δήλωσε ο Loeb. «Με τη σειρά του, η εμφάνιση του τελευταίου ανοίγει τη δυνατότητα εύρεσης ζωής μέσω τεχνολογικών υπογραφών όπως ραδιοσήματα ή γιγαντιαία αντικείμενα.»
Προς το παρόν, η αναζήτηση κατοικήσιμων πλανητών και ζωής συνεχίζει να ενημερώνεται από θεωρητικά μοντέλα που μας λένε τι πρέπει να προσέχουμε. Ταυτόχρονα, αυτά τα μοντέλα συνεχίζουν να βασίζονται στη «ζωή όπως το ξέρουμε» - δηλαδή χρησιμοποιώντας παραδείγματα της Γης και των επίγειων ειδών ως παραδείγματα. Ευτυχώς, οι αστρονόμοι αναμένουν να μάθουν πολλά περισσότερα τα επόμενα χρόνια χάρη στην ανάπτυξη οργάνων επόμενης γενιάς.
Όσο περισσότερα μαθαίνουμε για τα συστήματα εξωπλανητών, τόσο πιο πιθανό θα είναι να προσδιορίσουμε εάν είναι κατοικήσιμα ή όχι. Αλλά στο τέλος, δεν θα ξέρουμε τι άλλο πρέπει να αναζητούμε μέχρι να το βρούμε. Αυτό είναι το μεγάλο παράδοξο όταν πρόκειται για την Αναζήτηση Εξωγήινης Νοημοσύνης, για να μην αναφέρουμε αυτό το άλλο παράδοξο (ψάξτε το!).
