In recente jaren, het aantal bevestigde planeten buiten het zonnestelsel is exponentieel gestegen. Met ingang van de penning van het artikel, in totaal 3, 777 exoplaneten zijn bevestigd in 2, 817 sterrenstelsels, met een extra 2, 737 kandidaten wachten op bevestiging. Bovendien, het aantal terrestrische (dat wil zeggen rotsachtige) planeten is gestaag toegenomen, waardoor de kans groter wordt dat astronomen bewijs zullen vinden van leven buiten ons zonnestelsel.

Helaas, de technologie bestaat nog niet om deze planeten direct te verkennen. Als resultaat, wetenschappers worden gedwongen te zoeken naar wat bekend staat als "biosignaturen, " een chemische stof of element dat wordt geassocieerd met het bestaan ​​van vorig of heden leven. Volgens een nieuwe studie door een internationaal team van onderzoekers, een manier om naar deze handtekeningen te zoeken, is door materiaal te onderzoeken dat tijdens een impactgebeurtenis van het oppervlak van exoplaneten wordt geworpen.

De studie – getiteld "Searching for biosignatures in exoplanetary impact ejecta, " die onlangs online verscheen - werd geleid door Gianni Cataldi, een onderzoeker van het Astrobiology Center van de Universiteit van Stockholm. Hij werd vergezeld door wetenschappers van het LESIA-Observatoire de Paris, het Southwest Research Institute (SwRI), het Koninklijk Instituut voor Technologie (KTH), en het European Space Research and Technology Centre (ESA/ESTEC).

Zoals ze in hun onderzoek aangeven, de meeste pogingen om biosferen van exoplaneten te karakteriseren waren gericht op de atmosferen van de planeten. Dit bestaat uit het zoeken naar bewijs van gassen waarvan bekend is dat ze essentieel zijn voor het leven hier op aarde - b.v. kooldioxide, stikstof, zuurstof - evenals water. Zoals Cataldi via e-mail aan Universe Today vertelde:

"We weten van de aarde dat leven een sterke invloed kan hebben op de samenstelling van de atmosfeer. alle zuurstof in onze atmosfeer is van biologische oorsprong. Ook, zuurstof en methaan zijn door de aanwezigheid van leven sterk uit chemisch evenwicht. Momenteel, het is nog niet mogelijk om de atmosferische samenstelling van aardachtige exoplaneten te bestuderen, echter, een dergelijke meting zal naar verwachting binnen afzienbare tijd mogelijk worden. Dus, atmosferische biosignaturen zijn de meest veelbelovende manier om naar buitenaards leven te zoeken."

Echter, Cataldi en zijn collega's overwogen de mogelijkheid om de bewoonbaarheid van een planeet te karakteriseren door te zoeken naar tekenen van inslagen en de ejecta te onderzoeken. Een van de voordelen van deze benadering is dat ejecta ontsnapt aan lichamen met een lager zwaartekrachtsniveau, zoals rotsachtige planeten en manen, met het grootste gemak. De atmosferen van dit soort lichamen zijn ook erg moeilijk te karakteriseren, dus deze methode zou karakteriseringen mogelijk maken die anders niet mogelijk zouden zijn.

En zoals Cataldi aangaf, het zou ook op een aantal manieren complementair zijn aan de atmosferische benadering:

"Eerst, hoe kleiner de exoplaneet, hoe moeilijker het is om de atmosfeer te bestuderen. Integendeel, kleinere exoplaneten produceren grotere hoeveelheden ontsnappend ejecta omdat hun oppervlaktezwaartekracht lager is, waardoor ejecta van kleinere exoplaneten gemakkelijker te detecteren is. Tweede, bij het nadenken over biosignaturen in impactejecta, we denken vooral aan bepaalde mineralen. Dit komt omdat het leven de mineralogie van een planeet kan beïnvloeden, hetzij indirect (bijvoorbeeld door de samenstelling van de atmosfeer te veranderen en zo nieuwe mineralen te laten ontstaan) of direct (door mineralen te produceren, bijv. skeletten). Impact ejecta zou ons dus in staat stellen om een ​​ander soort biosignatuur te bestuderen, complementair aan atmosferische handtekeningen."

Een ander voordeel van deze methode is het feit dat het gebruik maakt van bestaande studies die de effecten van botsingen tussen astronomische objecten hebben onderzocht. Bijvoorbeeld, er zijn meerdere onderzoeken uitgevoerd die hebben geprobeerd beperkingen op te leggen aan de gigantische impact waarvan wordt aangenomen dat deze 4,5 miljard jaar geleden het aarde-maansysteem heeft gevormd (ook bekend als de gigantische impacthypothese).

Hoewel wordt aangenomen dat dergelijke gigantische botsingen gebruikelijk waren tijdens de laatste fase van de vorming van terrestrische planeten (die ongeveer 100 miljoen jaar aanhielden), het team richtte zich op inslagen van asteroïden of kometen, waarvan wordt aangenomen dat ze plaatsvinden gedurende de hele levensduur van een exoplanetair systeem. Op basis van deze onderzoeken, Cataldi en zijn collega's waren in staat om modellen te maken voor het uitstoten van exoplaneten.

Zoals Cataldi uitlegde, ze gebruikten de resultaten uit de literatuur over inslagkraters om de hoeveelheid gecreëerde ejecta te schatten. Om de signaalsterkte te schatten van circumstellaire stofschijven gecreëerd door de ejecta, ze gebruikten de resultaten van de literatuur over puinschijven (d.w.z. extrasolaire analogen van de belangrijkste asteroïdengordel van het zonnestelsel). Uiteindelijk, de resultaten bleken nogal interessant:

"We ontdekten dat een inslag van een lichaam met een diameter van 20 km voldoende stof produceert om met de huidige telescopen te kunnen worden gedetecteerd (ter vergelijking:de grootte van het botslichaam dat 65 miljoen jaar geleden de dinosauriërs doodde, is echter ongeveer 10 km). Echter, het bestuderen van de samenstelling van het uitgestoten stof (bijvoorbeeld zoeken naar biosignaturen) ligt niet binnen het bereik van de huidige telescopen. Met andere woorden, met de huidige telescopen, we konden de aanwezigheid van uitgestoten stof bevestigen, maar niet de samenstelling ervan bestuderen."

Kortom, het bestuderen van materiaal dat door exoplaneten wordt uitgestoten, ligt binnen ons bereik en dit zou astronomen in staat stellen de geologie van een exoplaneet te karakteriseren - en zo nauwkeuriger beperkingen op te leggen aan de potentiële bewoonbaarheid ervan. Momenteel, astronomen worden gedwongen om gefundeerde gissingen te maken over de samenstelling van een planeet op basis van de schijnbare grootte en massa.

Helaas, een meer gedetailleerde studie die de aanwezigheid van biosignaturen in ejecta zou kunnen bepalen, is momenteel niet mogelijk, en zal zeer moeilijk zijn voor zelfs telescopen van de volgende generatie zoals de James Webb Space Telescope (JWSB) of Darwin. Ondertussen, de studie van ejecta van exoplaneten biedt een aantal zeer interessante mogelijkheden als het gaat om exoplaneetstudies en karakterisering. Zoals Cataldi aangaf:

"Door de ejecta van een impactgebeurtenis te bestuderen, we kunnen iets leren over de geologie en bewoonbaarheid van de exoplaneet en mogelijk een biosfeer detecteren. De methode is de enige manier die ik ken om toegang te krijgen tot de ondergrond van een exoplaneet. In deze betekenis, de impact kan worden gezien als een boorexperiment van de natuur. Ons onderzoek toont aan dat stof dat vrijkomt bij een impactgebeurtenis in principe detecteerbaar is, en toekomstige telescopen zouden de samenstelling van het stof kunnen beperken, en daarmee de samenstelling van de planeet."

In de komende decennia zal astronomen zullen planeten buiten het zonnestelsel bestuderen met instrumenten van toenemende gevoeligheid en kracht in de hoop aanwijzingen voor leven te vinden. Naar alle waarschijnlijkheid, het vermogen om de aanwezigheid van biosignaturen te onderscheiden in puin gecreëerd door asteroïde-inslagen zal samenvallen met het vermogen om ze te vinden in de atmosferen van exoplaneten.

Met deze twee methoden gecombineerd, wetenschappers zullen met grotere zekerheid kunnen zeggen dat verre planeten niet alleen in staat zijn om leven te ondersteunen, maar doen dit actief.