W ostatnich latach liczba potwierdzonych planet pozasłonecznych gwałtownie wzrosła. W chwili pisania artykułu potwierdzono w sumie 3777 egzoplanet w 2817 układach gwiezdnych, a dodatkowe 2737 kandydatów czeka na potwierdzenie. Co więcej, liczba planet naziemnych (tj. Skalistych) stale rośnie, zwiększając prawdopodobieństwo, że astronomowie znajdą dowody życia poza naszym Układem Słonecznym.
Niestety, technologia nie istnieje jeszcze do bezpośredniego badania tych planet. W rezultacie naukowcy zmuszeni są szukać tak zwanych „biosignature”, substancji chemicznych lub pierwiastków związanych z istnieniem przeszłego lub obecnego życia. Według nowego badania przeprowadzonego przez międzynarodowy zespół naukowców jednym ze sposobów na znalezienie tych podpisów byłoby zbadanie materiału wyrzuconego z powierzchni egzoplanet podczas zderzenia.
Badanie zatytułowane „Poszukiwanie biosignatur w egzoplanetarnym ejectie” zostało opublikowane w czasopiśmie naukowym Astrobiologia i ostatnio pojawił się online. Kierował nim Gianni Cataldi, badacz z Centrum Astrobiologii Uniwersytetu Sztokholmskiego. Dołączyli do niego naukowcy z LESIA-Observatoire de Paris, Southwest Research Institute (SwRI), Royal Institute of Technology (KTH) oraz European Space Research and Technology Center (ESA / ESTEC).
Jak wskazują w swoich badaniach, większość wysiłków w celu scharakteryzowania biosfer egzoplanetowych koncentrowała się na atmosferze planet. Polega to na poszukiwaniu dowodów na obecność gazów związanych z życiem tutaj na Ziemi - np. dwutlenek węgla, azot itp. - a także woda. Jak Cataldi powiedział Space Magazine e-mailem:
„Wiemy z Ziemi, że życie może mieć silny wpływ na skład atmosfery. Na przykład cały tlen w naszej atmosferze jest pochodzenia biologicznego. Ponadto tlen i metan są silnie poza równowagą chemiczną z powodu obecności życia. Obecnie nie jest jeszcze możliwe badanie składu atmosferycznego egzoplanet podobnych do Ziemi, jednak oczekuje się, że taki pomiar stanie się możliwy w dającej się przewidzieć przyszłości. Dlatego biosignatury atmosferyczne są najbardziej obiecującym sposobem poszukiwania życia pozaziemskiego. ”
Jednak Cataldi i jego koledzy zastanawiali się nad możliwością scharakteryzowania warunków życia planety, szukając oznak uderzeń i badając wyrzut. Jedną z zalet tego podejścia jest to, że ejecta ucieka z ciałami o niższej grawitacji, takich jak skaliste planety i księżyce, z największą łatwością. Atmosfery tego rodzaju ciał są również bardzo trudne do scharakteryzowania, więc ta metoda pozwoliłaby na charakteryzacje, które w innym przypadku nie byłyby możliwe.
Jak wskazał Cataldi, byłoby to również komplementarne wobec podejścia atmosferycznego na wiele sposobów:
„Po pierwsze, im mniejsza egzoplaneta, tym trudniej jest studiować jej atmosferę. Przeciwnie, mniejsze egzoplanety wytwarzają większe ilości uciekających wyrzutów, ponieważ ich grawitacja powierzchniowa jest mniejsza, co ułatwia wykrywanie wyrzutów z mniejszych egzoplanet. Po drugie, myśląc o biosignaturach w ejectie uderzeniowej, myślimy przede wszystkim o niektórych minerałach. Dzieje się tak, ponieważ życie może wpływać na mineralogię planety albo pośrednio (np. Zmieniając skład atmosfery i tym samym umożliwiając tworzenie się nowych minerałów), albo bezpośrednio (wytwarzając minerały, np. Szkielety). Ejecta uderzeniowa pozwoliłaby nam zatem zbadać inny rodzaj biosignatury, komplementarny do podpisów atmosferycznych. ”
Kolejną zaletą tej metody jest fakt, że wykorzystuje ona istniejące badania, które badały wpływ zderzeń między obiektami astronomicznymi. Na przykład przeprowadzono wiele badań, które próbowały nałożyć ograniczenia na gigantyczny wpływ, który, jak się uważa, uformował system Ziemia-Księżyc 4,5 miliarda lat temu (znany również jako hipoteza gigantycznego uderzenia).
Chociaż uważa się, że takie gigantyczne zderzenia były powszechne na ostatnim etapie formowania się planet ziemskich (trwającym około 100 milionów lat), zespół skupił się na uderzeniach ciał asteroidalnych lub kometarnych, które, jak się uważa, mają miejsce przez cały okres istnienia egzoplanetarnej system. Opierając się na tych badaniach, Cataldi i jego koledzy byli w stanie stworzyć modele dla wyrzutu egzoplanet.
Jak wyjaśnił Cataldi, wykorzystali wyniki z literatury dotyczącej kraterów uderzeniowych do oszacowania ilości utworzonego wyrzutu. Aby oszacować siłę sygnału krążków pyłu okołogwiazdowego utworzonych przez wyrzutnik, wykorzystali wyniki z dysku z gruzu (tj. Pozasolarne analogi z głównego paska planetoid Układu Słonecznego). Ostatecznie wyniki okazały się dość interesujące:
„Odkryliśmy, że uderzenie ciała o średnicy 20 km wytwarza wystarczającą ilość pyłu, aby można go było wykryć za pomocą obecnych teleskopów (dla porównania rozmiar impaktora, który zabił dinozaury 65 milionów lat temu, powinien wynosić około 10 km). Jednak badanie składu wyrzucanego pyłu (np. Poszukiwanie biosignature) nie jest w zasięgu obecnych teleskopów. Innymi słowy, przy pomocy obecnych teleskopów możemy potwierdzić obecność wyrzuconego pyłu, ale nie badać jego składu. ”
Krótko mówiąc, badanie materiału wyrzuconego z egzoplanet jest w naszym zasięgu, a możliwość zbadania jego składu kiedyś pozwoli astronomom na scharakteryzowanie geologii egzoplanety - a tym samym nałożyć dokładniejsze ograniczenia na jej potencjalną zdolność do zamieszkania. Obecnie astronomowie zmuszeni są do zgadywania na temat składu planety na podstawie jej pozornej wielkości i masy.
Niestety, bardziej szczegółowe badania, które mogłyby określić obecność biosignature w ejectie nie są obecnie możliwe i będą bardzo trudne dla nawet teleskopów nowej generacji, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWSB) lub Darwin. W międzyczasie badanie wyrzutów z egzoplanet oferuje pewne bardzo interesujące możliwości, jeśli chodzi o badania i charakteryzację egzoplanet. Jak wskazał Cataldi:
„Badając wyrzuty ze zdarzenia uderzeniowego, moglibyśmy dowiedzieć się czegoś o geologii i mieszkalności egzoplanety i potencjalnie wykryć biosferę. Ta metoda jest jedynym sposobem, w jaki znam dostęp do podpowierzchni egzoplanety. W tym sensie wpływ można postrzegać jako eksperyment wiercenia zapewniany przez naturę. Nasze badanie pokazuje, że pył powstały podczas zderzenia jest w zasadzie wykrywalny, a przyszłe teleskopy mogą być w stanie ograniczyć skład pyłu, a tym samym skład planety. ”
W nadchodzących dziesięcioleciach astronomowie będą badać planety pozasłoneczne za pomocą instrumentów o zwiększonej czułości i mocy w nadziei na znalezienie oznak życia. Biorąc pod uwagę czas, poszukiwanie biopodpisów w gruzach wokół egzoplanet utworzonych przez zderzenia z asteroidą można przeprowadzić wspólnie z poszukiwaczami biosignatur atmosferycznych.
Dzięki połączeniu tych dwóch metod naukowcy będą mogli z większą pewnością stwierdzić, że odległe planety są nie tylko w stanie utrzymać życie, ale aktywnie to robią!
