Wetenschap
Zullen we weten of TRAPPIST-1e leven heeft?
De zoektocht naar planeten buiten het zonnestelsel ondergaat momenteel een seismische verschuiving. Met de inzet van de Kepler-ruimtetelescoop en de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ontdekten wetenschappers duizenden exoplaneten, waarvan de meeste werden gedetecteerd en bevestigd met behulp van indirecte methoden.
Maar de laatste jaren, en met de lancering van de James Webb Space Telescope (JWST), is het veld in de richting van karakterisering aan het evolueren. In dit proces vertrouwen wetenschappers op emissiespectra van de atmosfeer van exoplaneten om te zoeken naar de chemische kenmerken die we associëren met leven (biosignaturen).
Er bestaat echter enige controverse over het soort handtekeningen waar wetenschappers naar moeten zoeken. In wezen gebruikt de astrobiologie het leven op aarde als een sjabloon bij het zoeken naar aanwijzingen voor buitenaards leven, net zoals exoplaneetjagers de aarde gebruiken als maatstaf voor het meten van de ‘bewoonbaarheid’.
Maar zoals veel wetenschappers hebben opgemerkt, is het leven op aarde en haar natuurlijke omgeving in de loop van de tijd aanzienlijk geëvolueerd. In een recent artikel op de arXiv preprint-server demonstreerde een internationaal team hoe astrobiologen naar leven op TRAPPIST-1e konden zoeken op basis van wat er miljarden jaren geleden op aarde bestond.
Het team bestond uit astronomen en astrobiologen van het Global Systems Institute en de afdelingen natuurkunde en astronomie, wiskunde en statistiek, en natuurwetenschappen van de Universiteit van Exeter. Ze werden vergezeld door onderzoekers van de School of Earth and Ocean Sciences van de Universiteit van Victoria en het Natural History Museum in Londen.
Het artikel dat hun bevindingen beschrijft, 'Biosignatures from pre-oxygen photosynthesizing life on TRAPPIST-1e', zal worden gepubliceerd in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Het TRAPPIST-1-systeem is het middelpunt van de aandacht sinds astronomen in 2016 de aanwezigheid van drie exoplaneten bevestigden, die het jaar daarop uitgroeide tot zeven. Als een van de vele systemen met een koelere moederster van het M-type (rode dwerg) met een lage massa, zijn er onopgeloste vragen over de vraag of een van zijn planeten bewoonbaar zou kunnen zijn. Een groot deel hiervan betreft de variabele en onstabiele aard van rode dwergen, die gevoelig zijn voor uitbarstingsactiviteit en mogelijk niet genoeg van de noodzakelijke fotonen produceren om de fotosynthese aan te drijven.
Met zoveel rotsachtige planeten die rond rode dwergzonnen draaien, inclusief de dichtstbijzijnde exoplaneet bij ons zonnestelsel (Proxima b), zijn veel astronomen van mening dat deze systemen de ideale plek zouden zijn om naar buitenaards leven te zoeken. Tegelijkertijd hebben ze ook benadrukt dat deze planeten een dikke atmosfeer, intrinsieke magnetische velden, voldoende warmteoverdrachtsmechanismen of al het bovenstaande nodig hebben. Bepalen of exoplaneten aan deze voorwaarden voor leven voldoen, is iets dat de JWST en andere telescopen van de volgende generatie – zoals de door ESO voorgestelde Extremely Large Telescope (ELT) – naar verwachting mogelijk zullen maken.
Maar zelfs met deze en andere instrumenten van de volgende generatie is er nog steeds de vraag naar welke biosignaturen we moeten zoeken. Zoals gezegd zijn onze planeet, haar atmosfeer en al het leven zoals wij dat kennen de afgelopen vier miljard jaar aanzienlijk geëvolueerd. Tijdens de Archeïsche Eon (ca. 4 tot 2,5 miljard jaar geleden) bestond de atmosfeer van de aarde voornamelijk uit kooldioxide, methaan en vulkanische gassen, en bestonden er weinig meer dan anaërobe micro-organismen. Pas in de afgelopen 1,62 miljard jaar verscheen het eerste meercellige leven en evolueerde het tot zijn huidige complexiteit.
Bovendien betekent het aantal evolutionaire stappen (en de potentiële moeilijkheid daarvan) die nodig zijn om hogere niveaus van complexiteit te bereiken, dat veel planeten wellicht nooit complex leven zullen ontwikkelen. Dit komt overeen met de Grote Filterhypothese, die stelt dat leven weliswaar gebruikelijk is in het universum, maar dat leven in de geavanceerde wereld dat misschien niet is. Als gevolg hiervan zouden eenvoudige microbiële biosferen, vergelijkbaar met die welke bestonden tijdens het Archean, de meest voorkomende kunnen zijn. De sleutel is dus om zoekopdrachten uit te voeren die biosignaturen isoleren die consistent zijn met primitief leven en de omstandigheden die miljarden jaren geleden gebruikelijk waren op aarde.
Zoals Dr. Jake Eager-Nash, een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Victoria en de hoofdauteur van de studie, via e-mail aan Universe Today uitlegde:
‘Ik denk dat de geschiedenis van de aarde veel voorbeelden biedt van hoe bewoonde exoplaneten eruit kunnen zien, en het is belangrijk om biosignaturen te begrijpen in de context van de geschiedenis van de aarde, omdat we geen andere voorbeelden hebben van hoe het leven op andere planeten eruit zou zien. Er wordt aangenomen dat het leven voor het eerst is ontstaan. Er was een periode van ongeveer een miljard jaar voordat de zuurstofproducerende fotosynthese zich ontwikkelde en de dominante primaire producent werd. De zuurstofconcentraties waren dus erg laag We zouden in een periode als deze lange tijd kunnen doorbrengen zonder biosignaturen van zuurstof en ozon, dus het is belangrijk om te begrijpen hoe Archean-achtige biosignaturen eruit zien."
Voor hun onderzoek heeft het team een model ontwikkeld dat rekening houdt met Archean-achtige omstandigheden en hoe de aanwezigheid van vroege levensvormen sommige elementen zou verbruiken en andere zou toevoegen. Dit leverde een model op waarin eenvoudige bacteriën die in oceanen leven moleculen zoals waterstof (H) of koolmonoxide (CO) consumeren, waardoor koolhydraten als energiebron en methaan (CH4) ontstaan. ) als afval. Vervolgens overwogen ze hoe gassen zouden worden uitgewisseld tussen de oceaan en de atmosfeer, wat zou leiden tot lagere concentraties van H en CO en hogere concentraties van CH4 . Zei Eager-Nash:
“Er wordt gedacht dat archeaanachtige biosignaturen de aanwezigheid van methaan, kooldioxide en waterdamp vereisen, evenals de afwezigheid van koolmonoxide. Dit komt omdat waterdamp je een indicatie geeft dat er water is, terwijl een atmosfeer met beide methaan en koolmonoxide geven aan dat de atmosfeer in onevenwicht is, wat betekent dat beide soorten niet samen in de atmosfeer zouden mogen bestaan, omdat de atmosferische chemie de een in de ander zou omzetten, tenzij er iets is, zoals leven, dat dit onevenwicht in stand houdt. De afwezigheid van koolmonoxide is belangrijk omdat men denkt dat het leven snel een manier zou ontwikkelen om deze energiebron te consumeren."
Wanneer de concentratie van gassen in de atmosfeer hoger is, zal het gas oplossen in de oceaan, waardoor de waterstof en koolmonoxide die door de eenvoudige levensvormen worden verbruikt, worden aangevuld. Naarmate de biologisch geproduceerde methaanniveaus in de oceaan toenemen, zal het in de atmosfeer terechtkomen, waar extra chemie plaatsvindt en verschillende gassen over de planeet worden getransporteerd. Hieruit verkreeg het team een algemene samenstelling van de atmosfeer om te voorspellen welke biosignaturen konden worden gedetecteerd.
"Wat we ontdekken is dat koolmonoxide waarschijnlijk aanwezig is in de atmosfeer van een Archean-achtige planeet die rond een M-dwerg draait", zegt Eager-Nash. "Dit komt omdat de gastster de chemie aanstuurt die leidt tot hogere concentraties koolmonoxide vergeleken met een planeet die om de zon draait, zelfs als je deze [verbinding] levensverslindend hebt."
Jarenlang hebben wetenschappers overwogen hoe een circumsolaire bewoonbare zone (CHZ) zou kunnen worden uitgebreid met aardachtige omstandigheden uit eerdere geologische perioden. Op dezelfde manier hebben astrobiologen gewerkt aan het werpen van een breder net op de soorten biosignaturen die geassocieerd zijn met oudere levensvormen (zoals retinale fotosynthetische organismen). In dit laatste onderzoek hebben Eager-Nash en zijn collega's een reeks biosignaturen (water, koolmonoxide en methaan) vastgesteld die zouden kunnen leiden tot de ontdekking van leven op rotsachtige planeten uit het Archeïsche tijdperk die rond zonachtige en rode dwergzonnen draaien. /P>