Ötegezegen bilim adamları, bitki yaşamıyla dolup taşan dünyaların algılanabilir bir kızılötesi dalga boyunda parlaması gerektiğini söylüyor

Geleceğin tarihçileri bu zamana bakıp buna “ötegezegen çağı” diyebilirler. 5.000’den fazla ötegezegen bulduk ve daha fazlasını bulmaya devam edeceğiz. Ardından, onları bulmanın ötesine geçeceğiz ve çabalarımızı, ötegezegen atmosferlerinde yaşayan süreçlerin damgasını vurduğu özel kimyasal parmak izleri olan biyo-imzaları bulmaya çevireceğiz.

Ama biyo-imzalarda atmosferik kimyadan daha fazlası var. Çok sayıda bitki yaşamı olan bir gezegende, ışık da bir biyo-imza olabilir.

James Webb Uzay Teleskobu gözlemlere başladığında, ötegezegenlerdeki biyo-imza aramaları bir enerji artışı sağladı. Teleskopun bilim hedeflerinden biri, güçlü kızılötesi spektrometresi ile ötegezegen atmosferlerini karakterize etmektir. Örneğin, Webb büyük miktarda oksijen bulursa, bu biyolojik süreçlerin iş başında olabileceğinin ve bir gezegenin atmosferini değiştirdiğinin bir göstergesidir. Ancak JWST ve diğer teleskoplar, başka türde bir biyo-imzayı tespit edebilir.

Dünyanın bol bitki yaşamı, gezegenimizin “ışık imzasını” değiştirir. Değişim, fotosenteze ve bitki yaşamının bazı ışık frekanslarını emerken diğerlerini yansıtmasına dayanmaktadır. Ortaya çıkan fenomene bitki kırmızı kenarı (VRE) denir.

Dış gezegen bilim adamları, VRE’nin bir biyo-imza olarak fikri üzerinde birkaç yıldır çalışıyorlar. Klorofilin tayfın görünür kısmında ışığı soğurduğu ve kızılötesinde neredeyse saydam olduğu gerçeğine dayanır. Bitki örtüsündeki diğer hücresel yapılar kızılötesini yansıtır. Bu, bitkilerin fotosentez sırasında aşırı ısınmasını önlemesine yardımcı olur. Bu absorpsiyon ve yansıma, uzaktan algılamanın bitki sağlığını, kapsamını ve etkinliğini ölçmesini mümkün kılar ve tarım bilimcileri bunu ekinleri izlemek için kullanır.

Yeni bir makalede, bir araştırma ekibi klorofil ve onun güneş kaynaklı flüoresansına (SIF) baktı. SIF, en yaygın şekilde dağıtılan klorofil molekülü olan klorofil a tarafından yayılan elektromanyetik sinyalin adıdır. Klorofil a tarafından emilen enerjinin bir kısmı fotosentez için kullanılmaz, ancak iki tepeli bir spektrum olarak daha uzun dalga boylarında yayılır. Kabaca 650–850 nm spektral aralığı kapsar.

Makale “Güneş Benzeri ve Soğuk Yıldızların Etrafındaki Dünya Benzeri Gezegenlerden Fotosentetik Floresan” başlıklı ve şu dergide yayınlandı: Astrofizik Dergisi. Baş yazar, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi Ulusal Doğa Bilimleri Astrobiyoloji Merkezi’nde araştırmacı olan Yu Komatsu’dur.

Makale, klorofilden gelen flüoresansın Dünya’ya benzer gezegenlerde nasıl tespit edilebileceğine odaklanıyor. Yazarlar, “Bu çalışma, güneş ve M cüceler etrafındaki oksijen bakımından zengin/fakir ve anoksik atmosferlere sahip Dünya benzeri gezegenlerde, iki tür fotosentetik pigmentten, klorofillerden (Chls) ve bakteriyoklorofillerden (BChls) biyolojik flüoresansın tespit edilebilirliğini inceledi.” açıklamak.

Başka bir dünyada klorofil varlığını tespit etmek karmaşıktır. Bitki yaşamı, yıldız ışığı, kara/okyanus kapsamı ve atmosfer bileşimi arasında karmaşık bir etkileşim vardır. Bu çalışma, algılamanın bazı sınırlamalarını ve bilim insanlarına ötegezegenler hakkında hangi spektroskopik verilerin söyleyebileceğini anlamak için devam eden bir çabanın parçasıdır. Zamanla, ötegezegen bilim adamları, farklı koşullarda hangi tespitlerin biyo-imza olabileceğini belirlemek isterler.

VRE, kızılötesi ve görünür ışık arasında gözlenen ışıkta keskin bir düşüştür. Yakın kızılötesindeki ışık (yaklaşık 800 nm’den başlayarak), optikteki ışıktan (yaklaşık 350 ila 750 nm arasında) çok daha parlaktır. Dünya’da bu, bitki yaşamının ve onun klorofilinin ışık imzasıdır. Klorofil 750 nm’ye kadar ışığı emer ve diğer bitki dokuları ışığı 750 nm’nin üzerinde yansıtır.

NASA’nın Terra uydusu gibi uydular, zaman içinde Dünya yüzeyindeki farklı bölgeleri gözlemleyebilir ve ışık yansımasının nasıl değiştiğini izleyebilir. Bilim adamları, Normalleştirilmiş Bitki Örtüsü İndeksi (NVDI) olarak adlandırılan şeyi ölçerler. En yoğun büyüme mevsiminde yoğun bir orman konumu, NDVI için en yüksek değerleri verirken, bitki örtüsü bakımından fakir bölgeler düşük değerler verir.

Bilim adamları ayrıca Dünya’dan Ay’a yansıyan ışık olan Earthshine’ı da gözlemleyebilirler. Bu ışık, bilim adamlarının disk ortalamalı spektrum dediği Dünya tarafından yansıtılan ışığın tamamıdır. Yazarlar, “Uzaktan algılama, Dünya üzerindeki yerel alanları gözlemlerken, Earthshine gözlemleri, Dünya’nın disk ortalamalı spektrumlarını sağlayarak, ötegezegen uygulamalarına ilişkin verimli içgörülere yol açıyor” diye yazıyor. “Yüzey bitki örtüsü nedeniyle Dünya’nın disk ortalamalı spektrumundaki görünür yansıma değişikliği %2’den az.”

Ay’da gördüğümüz Dünya ışığı, uzak ötegezegenlerden algıladığımız ışığa benzer. Bölgesel yüzey ışığına karşı ışığın toplamıdır. Ancak bu ışığı incelemek muazzam miktarda karmaşıklık içeriyor ve Dünya ile ötegezegenler arasında kolay bir karşılaştırma yok. Yazarlar, “Güneş benzeri bir yıldız dışındaki yıldızların etrafındaki ötegezegenlerden gelen VRE sinyallerini, farklı ışık ortamlarındaki fotosentetik mekanizmaların karmaşıklığından dolayı tahmin etmek zordur.” Ancak dış gezegenlerde bir VRE aramanın hala değeri var. Bilim adamları bir ötegezegeni sık sık gözlemlerlerse, VRE’nin mevsimsel olarak nasıl değiştiğini fark edebilirler ve Dünya’dakinden farklı dalga boylarında olsa da gezegenin spektroskopisinde benzer bir VRE benzeri adımı fark edebilirler.

Araştırmacılar makalelerinde, atmosferik evrimin farklı aşamalarında Dünya benzeri bir gezegeni ele aldılar. Her durumda, gezegenler, Gliese 667 C adlı iyi çalışılmış bir kırmızı cüce veya daha da iyi bilinen kırmızı cüce TRAPPIST-1 olan güneşin etrafında dönüyordu. (Her iki kırmızı cücenin de yaşanabilir bölgelerinde gezegenleri vardır ve her ikisi de yaygın kırmızı cüce türlerini temsil eder.) Bitki örtüsü klorofili, bakteriyel klorofil bazlı bitki örtüsü ve herhangi bir yüzey bitki örtüsü olmadan biyolojik flüoresan için her vakadan yansımayı modellediler.

Buldukları şey, farklı yıldızların etrafındaki atmosferik evrimin farklı aşamalarında Dünya benzeri ötegezegenlerde farklı VRE’lerin nasıl görünebileceğini gösteren bir ışık eğrileri koleksiyonuydu. Atmosferik evrimin farklı aşamalarına bakmak önemlidir, çünkü Dünya’nın atmosferi yaşam varken oksijen açısından fakirden oksijen açısından zengin hale geldi.

Yazarlar, “Güneş ve iki M cücenin etrafındaki Dünya benzeri bir gezegende açık gökyüzü koşullarında Chl- ve BChl bazlı bitki örtüsünden floresans emisyonlarını düşündük” diye yazıyor.

Çalışma, farklı yıldızların etrafındaki Dünya benzeri gezegenler için bir dizi yansıma verisi üretti. Gezegenler, Dünya’nın dört milyar yıllık tarihi boyunca farklı atmosferlerine karşılık gelen farklı atmosferlerle modellendi. Araştırmacılar ayrıca kara örtüsü ve okyanus örtüsü miktarını, kıyı şeridi miktarını ve yüzeyin bitkilerde mi yoksa fotosentetik bakterilerde mi kaplı olduğunu da değiştirdiler.

Gelecekte, LUVOIR (Large UV/Optical/IR Surveyor) ve HabEx (Yaşanabilir Ötegezegen Gözlemevi) gibi çok daha güçlü uzay teleskoplarını kullanıyor olacağız. Otuz Metrelik Teleskop, Dev Magellan Teleskobu ve Avrupa Son Derece Büyük Teleskopu da yakın gelecekte devreye girecek. Bu teleskoplar, ötegezegenler hakkında benzeri görülmemiş miktarda veri üretecek ve bu çalışma, buna hazırlanmanın bir parçası.

Giderek daha fazla dış gezegen tespit ediyoruz ve diğer güneş sistemleri ve dış gezegenlerin dağılımları, kütleleri ve yörüngeleri hakkında istatistiksel bir anlayış geliştiriyoruz. Bir sonraki adım, ötegezegenlerin özelliklerini daha iyi anlamaktır. E-ELT gibi teleskoplar, 39,3 metrelik aynasıyla bunu yapacak. Bir dış gezegenin ışığını yıldızın ışığından ayırabilecek ve bazı dış gezegenleri doğrudan görüntüleyebilecek. Dış gezegen yansıması ve potansiyel biyo-imzalar hakkında bir veri selini serbest bırakacak ve tüm bu verilerin değerlendirilmesi gerekecek.

Dünya benzeri, yaşanabilir ve şu anda yaşamı destekleyen bir gezegen bulursak, teleskoplarımızdan birinde belirip varlığını duyurmaz. Bunun yerine, kışkırtıcı ipuçları olacak, endikasyonlar ve kontrendikasyonlar olacak. Bilim adamları yavaş ve dikkatli bir şekilde ilerlemeye çalışacaklar ve bir gün yaşam olan bir gezegen bulduğumuzu söyleyebiliriz. Bu araştırmanın çabada oynayacağı bir rol vardır.

Yazarlar, “Gelecekteki belirli görevlerin beklenen özelliklerini kullanarak herhangi bir potansiyel yüzey biyo-imzasının saptanabilirliğini nicel olarak değerlendirmek önemlidir” diye açıklıyor. “Bu çalışma, Dünya benzeri ötegezegenlerde fotosentetik flüoresansın tespit edilebilirliğini araştırmak için ilk girişimi yaptı.”