In recente jaren, het aantal extra-solaire planeten dat is ontdekt rond het nabijgelegen M-type (rode dwergsterren) is aanzienlijk gegroeid. Vaak, deze bevestigde planeten waren "aardachtig, " wat betekent dat ze terrestrisch zijn (ook bekend als rotsachtig) en qua grootte vergelijkbaar zijn met de aarde. Deze vondsten zijn vooral opwindend omdat rode dwergsterren de meest voorkomende zijn in het universum - alleen al goed voor 85 procent van de sterren in de Melkweg.

Helaas, er zijn de laatste tijd talloze onderzoeken uitgevoerd die aangeven dat deze planeten mogelijk niet over de noodzakelijke voorwaarden beschikken om leven te ondersteunen. Het laatste komt van Harvard University, waar postdoctoraal onderzoeker Manasvi Lingam en professor Abraham Loeb aantonen dat planeten rond M-type sterren mogelijk niet genoeg straling van hun sterren krijgen om fotosynthese te laten plaatsvinden.

Simpel gezegd, het leven op aarde is vermoedelijk ontstaan ​​tussen 3,7 en 4,1 miljard jaar geleden (tijdens de late Hadeïsche of vroege Archeïsche Eon), in een tijd waarin de atmosfeer van de planeet vandaag giftig zou zijn geweest voor het leven. Tussen 2,9 en 3 miljard jaar geleden, fotosynthetiserende bacteriën begonnen te verschijnen en begonnen de atmosfeer te verrijken met zuurstofgas.

Als resultaat, De aarde beleefde ongeveer 2,3 miljard jaar geleden wat bekend staat als de "Great Oxidation Event". Gedurende deze periode, fotosynthetische organismen hebben de atmosfeer van de aarde geleidelijk omgezet van een atmosfeer die voornamelijk bestaat uit koolstofdioxide en methaan naar een atmosfeer die bestaat uit stikstof en zuurstofgas (~ 78 procent en 21 procent, respectievelijk).

Interessant genoeg, andere vormen van fotosynthese zouden zelfs eerder zijn ontstaan ​​dan chlorofylfotosynthese. Deze omvatten retinale fotosynthese, die ontstond ca. 2,5 tot 3,7 miljard jaar geleden en bestaat vandaag de dag nog steeds in beperkte niche-omgevingen. Zoals de naam al doet vermoeden, dit proces is gebaseerd op retina (een soort paars pigment) om zonne-energie te absorberen in het geelgroene deel van het zichtbare spectrum (400 tot 500 nm).

Er is ook anoxygene fotosynthese (waarbij kooldioxide en twee watermoleculen worden verwerkt tot formaldehyde, water en zuurstofgas), waarvan wordt aangenomen dat het volledig ouder is dan de zuurstofische fotosynthese. Hoe en wanneer verschillende soorten fotosynthese ontstonden, is essentieel om te begrijpen wanneer het leven op aarde begon. Zoals professor Loeb via e-mail aan Universe Today uitlegde:

""Fotosynthese' betekent 'in elkaar zetten' (synthese) door licht (foto). Het is een proces dat door planten wordt gebruikt, algen of bacteriën om zonlicht om te zetten in chemische energie die hun activiteiten voedt. De chemische energie wordt opgeslagen in op koolstof gebaseerde moleculen, die worden gesynthetiseerd uit koolstofdioxide en water. Bij dit proces komt vaak zuurstof vrij als bijproduct, wat nodig is voor ons bestaan. Algemeen, fotosynthese levert alle organische verbindingen en de meeste energie die nodig is voor het leven zoals we dat op planeet Aarde kennen. Fotosynthese ontstond relatief vroeg in de evolutionaire geschiedenis van de aarde."

Studies zoals deze, die de rol van fotosynthese onderzoeken, zijn niet alleen belangrijk omdat ze ons helpen te begrijpen hoe het leven op aarde is ontstaan. In aanvulling, ze kunnen ook helpen ons begrip te vergroten van de vraag of er al dan niet leven kan ontstaan ​​op planeten buiten het zonnestelsel, en onder welke voorwaarden dit zou kunnen gebeuren.

hun studie, getiteld "Fotosynthese op bewoonbare planeten rond lage-massasterren, " verscheen onlangs online en werd ingediend bij de Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society . Ter wille van hun studie, Lingam en Loeb probeerden de fotonenflux van M-type sterren te beperken om te bepalen of fotosynthese mogelijk is op terrestrische planeten die om rode dwergsterren draaien. Zoals Loeb zei:

"In ons artikel hebben we onderzocht of fotosynthese kan plaatsvinden op planeten in de bewoonbare zone rond sterren met een lage massa. Deze zone wordt gedefinieerd als het bereik van afstanden tot de ster waar de oppervlaktetemperatuur van de planeet het bestaan ​​van vloeibaar water en de chemie toelaat van het leven zoals we dat kennen. Voor planeten in die zone, we berekenden de ultraviolette (UV) flux die hun oppervlak verlichtte als een functie van de massa van hun gastheerster. Sterren met een lage massa zijn koeler en produceren minder UV-fotonen per hoeveelheid straling."

In overeenstemming met recente vondsten met rode dwergsterren, hun studie richtte zich op "Aarde-analogen, " planeten die dezelfde fysieke basisparameters hebben als de aarde - d.w.z. straal, massa, samenstelling, effectieve temperatuur, albedo, enz. Omdat de theoretische limieten van fotosynthese rond andere sterren niet goed worden begrepen, ze werkten ook met dezelfde limieten als die op aarde - tussen 400 en 750 nm.

Van dit, Lingam en Loeb berekenden dat M-sterren met een lage massa niet in staat zouden zijn om de minimale UV-flux te overschrijden die nodig is om een ​​biosfeer te creëren die vergelijkbaar is met die van de aarde. Zoals Loeb illustreerde:

"Dit houdt in dat de bewoonbare planeten die de afgelopen jaren zijn ontdekt rond de nabijgelegen dwergsterren, Proxima Centauri (de ster die het dichtst bij de zon staat, 4 lichtjaren verwijderd, 0,12 zonnemassa's, met één bewoonbare planeet, Proxima b) en TRAPPIST-1 (40 lichtjaar verwijderd, 0,09 zonsmassa's, met drie bewoonbare planeten TRAPPIST-1e, F, G), waarschijnlijk geen aardachtige biosfeer hebben. Algemener, de spectroscopische studies van de samenstelling van de atmosferen van planeten die hun sterren passeren (zoals TRAPPIST-1) zullen waarschijnlijk geen biomarkers vinden, zoals zuurstof of ozon, op detecteerbare niveaus. Als er zuurstof wordt gevonden, de oorsprong ervan is waarschijnlijk niet-biologisch."

Van nature, er zijn grenzen aan dit soort analyse. Zoals eerder opgemerkt, Lingam en Loeb geven aan dat de theoretische grenzen van fotosynthese rond andere sterren niet goed bekend zijn. Totdat we meer leren over planetaire omstandigheden en de stralingsomgeving rond M-type sterren, wetenschappers zullen worden gedwongen om metrieken te gebruiken op basis van onze eigen planeet.

Tweede, er is ook het feit dat M-type sterren variabel en onstabiel zijn in vergelijking met onze zon en periodieke opflakkeringen ervaren. Onder verwijzing naar ander onderzoek, Lingam en Loeb geven aan dat deze zowel positieve als negatieve effecten kunnen hebben op de biosfeer van een planeet. Kortom, stellaire uitbarstingen zouden extra UV-straling kunnen geven die de prebiotische chemie zou stimuleren, maar kan ook schadelijk zijn voor de atmosfeer van een planeet.

Hoe dan ook, behalve intensievere studies van extrasolaire planeten die om rode dwergsterren draaien, wetenschappers worden gedwongen te vertrouwen op theoretische beoordelingen van hoe waarschijnlijk het leven op deze planeten zou zijn. Wat de bevindingen in dit onderzoek betreft, ze zijn nog een andere aanwijzing dat rode-dwergstersystemen misschien niet de meest waarschijnlijke plaats zijn om bewoonbare werelden te vinden.

Als het waar is, deze bevindingen kunnen ook drastische implicaties hebben voor de Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI). "Aangezien de zuurstof geproduceerd door fotosynthese een voorwaarde is voor complex leven zoals mensen op aarde, het zal ook nodig zijn om technologische intelligentie te laten evolueren, "zei Loeb. "Op zijn beurt, de opkomst van de laatste opent de mogelijkheid om het leven te vinden via technologische handtekeningen zoals radiosignalen of gigantische artefacten."

Voor nu, de zoektocht naar bewoonbare planeten en leven wordt nog steeds gebaseerd op theoretische modellen die ons vertellen waar we op moeten letten. Tegelijkertijd, deze modellen blijven gebaseerd op "leven zoals wij het kennen" - d.w.z. met behulp van aardanalogen en terrestrische soorten als voorbeelden. Gelukkig, astronomen verwachten de komende jaren veel meer te leren dankzij de ontwikkeling van instrumenten van de volgende generatie.