Naukowcy wykrywają ślady życia na odległej planecie, sugeruje badanie

Zdjęcie: A. Smith, N. Madhusudhan/University of Cambridge/Reuters

Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zespół wykrył chemiczne „odciski palców” w atmosferze K2-18b, które sugerują obecność siarczku dimetylu, inaczej DMS i potencjalnie disiarczku dimetylu, inaczej DMDS. Na Ziemi obie te cząsteczki są wytwarzane wyłącznie przez życie mikrobiologiczne, zazwyczaj przez morskie fitoplanktony.

Badanie opisujące te odkrycia zostało opublikowane w czwartek w czasopiśmie The Astrophysical Journal Letters.

K2-18b, znajdująca się 124 lata świetlne od Ziemi, może być światem typu Hycean - potencjalnie nadającą się do zamieszkania planetą całkowicie pokrytą ciekłą wodą, z atmosferą bogatą w wodór - powiedział główny autor badania, Nikku Madhusudhan, profesor astrofizyki i nauki o egzoplanetach w Instytucie Astronomii Uniwersytetu Cambridge.

Madhusudhan i jego współpracownicy po raz pierwszy zaproponowali koncepcję światów Hycean w 2021 roku, po ustaleniu, że na K2-18b mogą występować oceany ciekłej wody.

Planeta znajduje się w strefie zamieszkiwalnej swojej gwiazdy, co oznacza, że jej temperatura i odległość od gwiazdy sprzyjają obecności ciekłej wody na powierzchni.

„Wcześniejsze teoretyczne prace przewidywały, że na światach Hycean możliwe są wysokie poziomy gazów zawierających siarkę, takich jak DMS i DMDS” - powiedział Madhusudhan w oświadczeniu. „I teraz to zaobserwowaliśmy, zgodnie z przewidywaniami. Biorąc pod uwagę wszystko, co wiemy o tej planecie, świat Hycean z oceanem tętniącym życiem to scenariusz, który najlepiej pasuje do zebranych danych”.

Detekcje teleskopu Webb

Istnieje możliwość, że cząsteczki te zostały wytworzone przez jakiś nieznany, niezwiązany z życiem proces chemiczny zachodzący na planecie.

Najnowsze odkrycia opierają się na wcześniejszych badaniach tego samego zespołu astronomów, którzy wcześniej wykryli dwutlenek węgla i metan w atmosferze planety, korzystając z instrumentów teleskopu Webba: Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph oraz Near-Infrared Spectrograph. Nowe wykrycie zostało dokonane za pomocą instrumentu Mid-Infrared.

„To niezależna linia dowodowa, wykorzystująca inny instrument niż wcześniej oraz inny zakres długości fal światła, bez nakładania się z wcześniejszymi obserwacjami” - powiedział Madhusudhan. „Sygnał był wyraźny i mocny”.

Jednak Madhusudhan i jego współautorzy przyznają, że potrzebne są dalsze dane, zanim będzie można mówić o bezpośrednim dowodzie na życie poza Ziemią. Zespół uważa, że od 16 do 24 godzin dodatkowych obserwacji za pomocą teleskopu Webb może to umożliwić.

„To ważne, abyśmy podchodzili do własnych wyników z głębokim sceptycyzmem, ponieważ tylko przez nieustanne testowanie i weryfikowanie możemy dojść do momentu, w którym będziemy ich naprawdę pewni” - powiedział Madhusudhan. „Tak właśnie musi działać nauka”.

Jednak inni eksperci uważają, że chociaż wyniki te są ekscytujące, potwierdzenie istnienia życia poza Ziemią - a nawet samo ustalenie, jakim typem egzoplanety jest K2-18b - wymaga znacznie więcej czasu i danych.

Astrofizyczka Sara Seager, profesor fizyki, nauk planetarnych, aeronautyki i astronautyki w Massachusetts Institute of Technology, powiedziała, że niezależne zespoły mają zupełnie różne interpretacje samej planety. Seager nie brała udziału w nowych badaniach.

„Niektórzy proponują świat Hycean, inni sugerują gorący ocean magmy - planetę z roztopionymi skałami pod atmosferą bogatą w wodór, co jest niemal tak surowe, jak to tylko możliwe - a jeszcze inni widzą w niej mini-Neptuna” - powiedziała Seager, odnosząc się do światów większych od Ziemi, ale mniejszych od Neptuna. Dla porównania, K2-18b ma 8,6 razy większą masę i 2,6 razy większą średnicę niż Ziemia.

Seager uważa, że to odkrycie, sugerujące potencjalną biosygnaturę, „pozostanie w kategorii kandydatów nieokreślonych”.

„Od niemal 100 lat astronomowie zmagają się z ideą, że pewne gazy w atmosferze planety ‘nie powinny tam być’ - że są tak reaktywne, iż nie powinny istnieć bez ciągłego uzupełniania, być może przez życie” - powiedziała Seager w wiadomości e-mail. „Ta idea sięga Jamesa Jeansa w 1930 roku, który jako pierwszy zidentyfikował tlen cząsteczkowy w ziemskiej atmosferze jako oznakę życia i na podobnej logice oparł ograniczenia co do obecności tlenu w atmosferze Wenus. Teraz, gdy mamy do dyspozycji tysiące egzoplanet, pokusa nadinterpretacji jest ogromna - i niektórzy się na to nabierają. Jeśli chodzi o K2-18b, entuzjazm wyprzedza dowody”.

„Ekscytująca” wskazówka

Kiedy Madhusudhan i jego zespół wcześniej obserwowali K2-18b, wykryli słaby sygnał, który mógłby pasować do hipotezy, że planeta jest światem typu Hycean.

„Nie wiedzieliśmy na pewno, czy sygnał, który widzieliśmy poprzednio, pochodził od DMS, ale sama sugestia jego obecności była na tyle ekscytująca, że postanowiliśmy przyjrzeć się temu ponownie za pomocą JWST i innego instrumentu” - powiedział.

Teleskop Webba ma możliwości obserwacyjne pozwalające zaglądać w atmosfery egzoplanet, czyli planet poza naszym Układem Słonecznym. Gdy egzoplanety przechodzą przed swoją gwiazdą z perspektywy Ziemi, światło przemieszcza się przez ich atmosfery, co pozwala teleskopowi Webb wykryć chemiczne sygnatury obecnych tam gazów.

Zarówno siarczek dimetylu, jak i disiarczek dimetylu, które należą do tej samej grupy chemicznej, mają nakładające się właściwości, dlatego, jak twierdzą autorzy badania, wyniki nie pozwalają jednoznacznie odróżnić jednej cząsteczki od drugiej, choć przyszłe obserwacje mogą to umożliwić.

Na Ziemi stężenia DMS i DMDS zwykle nie przekraczają jednej cząsteczki na miliard objętościowo. Jednak zespół szacuje, że ich obecność na K2-18b może być tysiące razy wyższa.

„Wnioskowanie o obecności tych cząsteczek jako biosygnatur stawia przed nami fundamentalne pytania dotyczące procesów, które mogą je wytwarzać” - powiedział współautor badania Subhajit Sarkar, wykładowca w grupie astronomicznej na Uniwersytecie  Cardiff w Walii.

Eddie Schwieterman, adiunkt astrobiologii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, powiedział, że jest „nieco sceptyczny, ale bardzo zaintrygowany i podekscytowany tym, co może się wydarzyć”. Schwieterman, który wcześniej badał K2-18b, nie brał udziału w nowych badaniach.

Jego zespół ustalił, że aby utrzymać zaobserwowane stężenia DMS w atmosferze K2-18b, „tempo jego produkcji musiałoby być około 20 razy wyższe niż na Ziemi”.

„To bardzo wysoka poprzeczka, ale możliwa do osiągnięcia, biorąc pod uwagę, że lokalnie w oceanach Ziemi produkcja DMS jest znacznie wyższa niż średnia globalna” - powiedział. „Ten próg stanowi też przeszkodę w przypisaniu obecności DMS źródłom abiotycznym (niebiologicznym), ponieważ takie źródła musiałyby być znacznie większe niż jakiekolwiek znane”.

Jednak, jak zaznacza Schwieterman, najpierw naukowcy muszą potwierdzić rzeczywistą obecność DMS w atmosferze K2-18b, co wymaga niezależnej analizy tych samych danych przez inne zespoły i poszukiwania chemicznej sygnatury tych cząsteczek. Madhusudhan poinformował, że dane analizowane przez jego zespół zostaną udostępnione w przyszłym tygodniu, aby umożliwić innym astronomom ich weryfikację.

Następnie Schwieterman chciałby zobaczyć dodatkowe obserwacje za pomocą teleskopu Webb, które dostarczyłyby wyników o wyższym poziomie istotności statystycznej, aby sprawdzić, czy interpretacja dotycząca obecności DMS się utrzymuje. Pomocne byłoby również poszukiwanie sygnatur tych cząsteczek w atmosferach innych planet o podobnych rozmiarach, znajdujących się w strefach zamieszkiwalnych swoich gwiazd - choć jest to proces, który zajmie lata.

„Mam co najmniej jeden powód do sceptycyzmu. Spodziewałbym się obecności etanu (C2H6), gdyby DMS/DMDS były rzeczywiście obecne” - powiedział. „Dzieje się tak, ponieważ promienie UV emitowane przez gwiazdę rozbijają DMS/DMDS na składniki, które według przewidywań powinny reagować i tworzyć etan. Brak etanu skłania mnie do podejrzeń, że coś przeoczyliśmy. Może nasze modele są błędne, a może DMS/DMDS wcale tam nie ma”.

Schwieterman uważa, że przed nauką stoi wiele pracy, aby zweryfikować te odkrycia i ocenić przedstawioną w artykule hipotezę biosygnatury.

Próg życia

Zespół badawczy, który opublikował nowe wyniki, twierdzi, że ich obserwacje osiągnęły poziom istotności statystycznej trzy sigma, co oznacza 0,3% prawdopodobieństwa, że wykrycia są dziełem przypadku. Aby móc mówić o odkryciu naukowym, obserwacje muszą osiągnąć próg pięciu sigma, czyli mniej niż 0,00006% prawdopodobieństwa, że wyniki są przypadkowe.

Choć odkrycia nie stanowią jednoznacznego potwierdzenia obecności siarczku dimetylu i disiarczku dimetylu, „to krok w dobrym kierunku” - powiedział dr David Clements, astrofizyk z Imperial College London, który nie brał udziału w badaniu.

Madhusudhan uważa, że odkrycie jego zespołu to „ważny kamień milowy w naszych poszukiwaniach życia”, który zapowiada nową erę.

„W moim odczuciu to już nie jest pytanie, czy znajdziemy życie, jeśli ono istnieje, tylko kiedy to się stanie” - powiedział. „Udowodniliśmy, że mamy zdolność, by to zrobić, i już teraz osiągnęliśmy rozsądny poziom istotności. Większym pytaniem, moim zdaniem, jest to, czy jako gatunek jesteśmy gotowi, by odkryć życie, którego nie znamy. Jako społeczeństwo, jako ludzkość, powinniśmy zadać sobie pytanie: czym właściwie jest życie gdzie indziej?”.