Zaskakujące doniesienia o życiu na innej planecie. Co odkryli naukowcy kilka tygodni później?

Zdjęcie: NASA/CSA/ESA/J. Olmsted (STScI)/N. Madhusudhan (Cambridge University)

Drobna wskazówka, która pojawiła się w kwietniu, wydawała się czymś, co mogłoby zmienić nasze rozumienie wszechświata. Astronomowie wykryli wówczas ledwie ślad dwóch cząsteczek w atmosferze odległej planety K2-18b - cząsteczek, które na Ziemi wytwarzane są wyłącznie przez organizmy żywe. Była to fascynująca perspektywa: najbardziej obiecujący jak dotąd dowód na istnienie biosygnatury pozaziemskiej, czyli śladów życia związanych z aktywnością biologiczną. 

Jednak zaledwie kilka tygodni później nowe odkrycia sugerują, że poszukiwania muszą być kontynuowane. 

“To było ekscytujące, ale od razu wzbudziło pewne wątpliwości, ponieważ takie twierdzenie o potencjalnej biosygnaturze miałoby historyczne znaczenie, a jednocześnie siła dowodów statystycznych wydawała się zbyt wysoka jak na dostępne dane” - powiedział dr Luis Welbanks, badacz habilitowany w Szkole Badań Ziemi i Kosmosu Uniwersytetu Stanowego Arizony. 

Choć cząsteczki wykryte na K2-18b w kwietniowym badaniu – siarczek dimetylu (DMS) i disiarczek dimetylu (DMDS) – są na naszej planecie głównie związane z mikroorganizmami, naukowcy zwracają uwagę, że te związki mogą również powstawać bez udziału życia. Teraz trzy niezależne zespoły astronomów, w tym zespół Welbanksa, przeanalizowali modele i dane użyte w oryginalnym odkryciu biosygnatury i uzyskały zupełnie inne wyniki, które zostały przesłane do recenzji. 

Tymczasem główny autor kwietniowego badania, Nikku Madhusudhan, wraz ze współpracownikami przeprowadził dodatkowe analizy, które – jak twierdzi – potwierdzają ich wcześniejsze ustalenia dotyczące planety. Prawdopodobnie wkrótce pojawią się kolejne obserwacje i badania przeprowadzone przez różne grupy naukowców. 

Seria publikacji naukowych dotyczących K2-18b daje wgląd w proces naukowy toczący się w czasie rzeczywistym. To okno na złożoność i niuanse poszukiwań śladów życia poza Ziemią – oraz pokazuje, dlaczego wymagany poziom dowodu jest tak wysoki i trudny do osiągnięcia. 

“Zakłócone" dane

K2-18b, znajdująca się 124 lata świetlne od Ziemi, jest powszechnie uważana za obiecujący cel w poszukiwaniu oznak życia. Według wcześniejszych badań prowadzonych przez Madhusudhana, profesora astrofizyki i nauk o egzoplanetach w Instytucie Astronomii Uniwersytetu w Cambridge, planeta ta jest prawdopodobnie światem hyceańskim – całkowicie pokrytym ciekłą wodą, z atmosferą bogatą w wodór. Dzięki temu K2-18b szybko przyciągnęła uwagę jako potencjalnie nadająca się do zamieszkania planeta poza Układem Słonecznym. 

Przekonani o obiecującym charakterze K2-18b, Madhusudhan i jego koledzy z Cambridge wykorzystali obserwacje planety wykonane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), największy działający teleskop kosmiczny, aby dokładniej ją zbadać. Jednak dwóch naukowców z Uniwersytetu Chicagowskiego – dr Rafael Luque, badacz habilitowany w dziale astronomii i astrofizyki, oraz Michael Zhang, stypendysta 51 Pegasi b / Burbidge – dostrzegło pewne problemy w ich ustaleniach. 

Po przeanalizowaniu kwietniowej pracy Madhusudhana i jego zespołu (która stanowiła kontynuację ich badań z 2023 r.), Luque i Zhang zauważyli, że dane z Webba wyglądały na "zakłócone", powiedział Luque. 

Zakłócenia, spowodowane niedoskonałościami teleskopu i różnicami w czasie docierania do niego poszczególnych cząstek światła, to tylko jedno z wyzwań, przed którymi stoją astronomowie badający odległe egzoplanety. Hałas może zniekształcać obserwacje i wprowadzać niepewność do danych, wyjaśnił Zhang. 

Próba wykrycia konkretnych gazów w atmosferach odległych egzoplanet wprowadza jeszcze większą niepewność. Najbardziej wyraźne sygnały gazu, takiego jak siarczek dimetylu, pochodzą z wiązań węgla i wodoru – połączenia, które może się rozciągać, zginać i absorbować światło o różnych długościach fal, utrudniając jednoznaczne wykrycie konkretnej cząsteczki, dodał Zhang. 

“Problem w tym, że praktycznie każda cząsteczka organiczna ma wiązanie węgiel-wodór. Istnieją setki milionów takich cząsteczek, więc te sygnały nie są unikalne. Gdybyśmy mieli idealne dane, moglibyśmy odróżnić różne cząsteczki. Ale jeśli danych nie mamy idealnych, wiele związków organicznych wygląda bardzo podobnie, zwłaszcza w bliskiej podczerwieni” - powiedział. 

Wnikając głębiej w analizę, Luque i Zhang zauważyli również, że temperatura planety wydawała się gwałtownie wzrosnąć z zakresu około 250–300 K (-23,15°C do 26,85°C) w badaniach Madhusudhana z 2023 r. do 422 K (148,85°C) w kwietniowej pracy. 

Tak wysokie temperatury mogą zmienić sposób, w jaki astronomowie postrzegają potencjalną zdolność planety do podtrzymywania życia, zauważył Zhang, zwłaszcza że chłodniejsze temperatury utrzymują się w górnych warstwach atmosfery (obszarze, który może badać JWST), podczas gdy powierzchnia lub ocean poniżej prawdopodobnie są jeszcze gorętsze. 

“To tylko wnioskowanie na podstawie atmosfery, ale z pewnością wpłynęłoby na nasze ogólne postrzeganie planety” - powiedział Luque. 

Częścią problemu – jak wyjaśnił – było to, że analiza z kwietnia nie uwzględniała danych ze wszystkich trzech instrumentów Webba, których zespół Madhusudhana używał w ciągu ostatnich kilku lat. Dlatego Luque, Zhang i ich współpracownicy przeprowadzili badanie, łącząc wszystkie dostępne dane, aby sprawdzić, czy uzyskają takie same wyniki lub nawet wyższe stężenie siarczku dimetylu. Odkryli jednak "niewystarczające dowody" na obecność obu cząsteczek w atmosferze planety. 

Zamiast tego zespół Luque’a i Zhanga zidentyfikował inne cząsteczki, takie jak etan, które mogły pasować do tego samego profilu. Jednak etan nie jest oznaką życia. 

Znikające dowody

Zespół Welbanksa z Arizony, w tym dr Matt Nixon, badacz habilitowany na Uniwersytecie Maryland, również znalazł to, co uważa za fundamentalny problem w kwietniowej pracy dotyczącej K2-18b. 

Zdaniem Welbanksa wątpliwości budzi sposób, w jaki Madhusudhan i jego zespół stworzyli modele pokazujące, jakie cząsteczki mogą znajdować się w atmosferze planety. 

W odpowiedzi na krytykę Madhusudhan i jego współpracownicy opublikowali w czerwcu nową pracę, w której twierdzą, że ich pierwotne wnioski pozostają aktualne, choć przyznają, że potrzebne są dalsze obserwacje. 

“To największe jak dotąd poszukiwanie sygnatur chemicznych na egzoplanecie, wykorzystujące wszystkie dostępne dane dotyczące K2-18b i analizujące 650 cząsteczek”, “Uważamy, że DMS nadal jest obiecującą cząsteczką na tej planecie, choć do pewnego wykrycia potrzebne są dalsze obserwacje, jak zaznaczyliśmy w poprzednich badaniach” - powiedział Madhusudhan.

Welbanks i Nixon byli zadowoleni, że Madhusudhan i jego zespół odnieśli się do ich zastrzeżeń, ale uważają, że nowa praca w praktyce wycofuje kluczowe twierdzenia z pierwotnego badania z kwietnia, powiedział Welbanks. 

“Nowa praca milcząco przyznaje, że wykrycie DMS/DMDS nie było pewne, ale nadal opiera się na tej samej wadliwej metodologii statystycznej i wybiórczym czytaniu wyników” - napisał Welbanks w e-mailu. “Choć ton jest bardziej ostrożny (w niektórych miejscach), metodologia nadal nie ujawnia prawdziwego poziomu niepewności. Istotność statystyczna, o której mowa we wcześniejszych pracach, była wynikiem arbitralnych decyzji modelowych, które nie zostały uwzględnione”.

Luque stwierdził, że nowa praca zespołu z Cambridge to krok w dobrym kierunku, ponieważ bada inne możliwe biosygnatury chemiczne. 

“Ale moim zdaniem zakres badania był zbyt wąski” - powiedział. “Wydaje mi się, że zbyt skupili się na odpieraniu argumentów z naszej (Welbanksa) pracy”. 

Niezależnie od tego astronomowie badający K2-18b zgadzają się, że dalsze badania tej egzoplanety przyczyniają się do rozwoju nauki. 

“Myślę, że to po prostu zdrowa dyskusja naukowa na temat tego, co dzieje się z tą planetą” - powiedział Welbanks. “Niezależnie od tego, co mówi teraz któraś z grup badawczych, nie mamy jeszcze ostatecznej odpowiedzi. Ale to właśnie jest w tym ekscytujące - wiemy, że jesteśmy najbliżej, jak kiedykolwiek byliśmy (od znalezienia biosygnatury), i myślę, że może uda się to osiągnąć za naszego życia. Ale na razie jeszcze tam nie jesteśmy. To nie jest porażka. Testujemy śmiałe idee”.