TRAPPIST-1e’de hayat olup olmadığını bilecek miyiz?

Güneş dışı gezegenlerin araştırılması şu anda sismik bir değişimden geçiyor. Kepler Uzay Teleskobu ve Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusunun (TESS) konuşlandırılmasıyla bilim insanları binlerce ötegezegen keşfetti ve bunların çoğu dolaylı yöntemler kullanılarak tespit edildi ve doğrulandı.

Ancak son yıllarda James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) fırlatılmasıyla birlikte, alan bir karakterizasyon aşamasına doğru geçiş yapıyor. Bu süreçte bilim insanları, yaşamla ilişkilendirdiğimiz kimyasal imzaları (biyoimzalar) aramak için dış gezegen atmosferlerinden gelen emisyon spektrumlarına güveniyor.

Ancak bilim adamlarının araması gereken imza türleriyle ilgili bazı tartışmalar var. Esasen astrobiyoloji, dünya dışı yaşamın belirtilerini ararken, tıpkı dış gezegen avcılarının Dünya’yı “yaşanabilirliği” ölçmek için bir standart olarak kullanması gibi, Dünya’daki yaşamı bir şablon olarak kullanır.

Ancak birçok bilim insanının da işaret ettiği gibi, Dünya’daki yaşam ve doğal çevresi zaman içinde önemli ölçüde evrim geçirdi. Yakın tarihli bir makalede gönderildi -e arXiv ön baskı sunucusunda uluslararası bir ekip, astrobiyologların milyarlarca yıl önce Dünya’da var olanlara dayanarak TRAPPIST-1e’de yaşamı nasıl arayabileceklerini gösterdi.

Ekip, Global Sistemler Enstitüsü’nden gökbilimciler ve astrobiyologlardan ve Exeter Üniversitesi’nin Fizik ve Astronomi, Matematik ve İstatistik ve Doğa Bilimleri Bölümlerinden oluşuyordu. Onlara Victoria Üniversitesi Yer ve Okyanus Bilimleri Okulu’ndan ve Londra’daki Doğa Tarihi Müzesi’nden araştırmacılar da katıldı.

Bulgularını açıklayan makale, “TRAPPIST-1e’de oksijen öncesi fotosentez yapan yaşamın biyoimzaları”, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.

TRAPPIST-1 sistemi, gökbilimcilerin 2016 yılında üç dış gezegenin varlığını teyit etmesinden bu yana ilgi odağı haline geldi ve bu sayı bir sonraki yıl yediye çıktı. Düşük kütleli, daha soğuk M-tipi (kırmızı cüce) ana yıldıza sahip birçok sistemden biri olarak, gezegenlerinden herhangi birinin yaşanabilir olup olmayacağı konusunda çözülmemiş sorular var. Bunların çoğu, parlama aktivitesine yatkın olan ve fotosentezi güçlendirmek için gerekli fotonları yeterli miktarda üretemeyen kırmızı cücelerin değişken ve kararsız doğasıyla ilgilidir.

Güneş sistemimize en yakın ötegezegen (Proxima b) de dahil olmak üzere, kırmızı cüce güneşlerin yörüngesinde dönen çok sayıda kayalık gezegen bulunduğundan, birçok gökbilimci bu sistemlerin dünya dışı yaşamı aramak için ideal yer olacağını düşünüyor. Aynı zamanda bu gezegenlerin kalın atmosfere, içsel manyetik alanlara, yeterli ısı transfer mekanizmalarına veya bunların hepsine sahip olması gerektiğini de vurguladılar. Ötegezegenlerin yaşam için bu önkoşullara sahip olup olmadığının belirlenmesi, JWST ve ESO’nun önerdiği Aşırı Büyük Teleskop (ELT) gibi diğer yeni nesil teleskopların mümkün kılması beklenen bir şeydir.

Ancak bunlar ve diğer yeni nesil araçlarla bile hangi biyoimzaları aramamız gerektiği sorusu hâlâ mevcut. Belirtildiği gibi gezegenimiz, atmosferi ve bildiğimiz şekliyle tüm yaşam, geçtiğimiz 4 milyar yılda önemli ölçüde gelişti. Archean Eon sırasında (yaklaşık 4 ila 2,5 milyar yıl önce), Dünya’nın atmosferi ağırlıklı olarak karbondioksit, metan ve volkanik gazlardan oluşuyordu ve anaerobik mikroorganizmalardan biraz fazlası mevcuttu. İlk çok hücreli yaşam ancak son 1,62 milyar yıl içinde ortaya çıktı ve bugünkü karmaşıklığına ulaştı.

Dahası, daha yüksek karmaşıklık düzeylerine ulaşmak için gereken evrimsel adımların sayısı (ve bunların potansiyel zorlukları), birçok gezegenin hiçbir zaman karmaşık yaşam geliştiremeyeceği anlamına gelir. Bu, evrende yaşam yaygın olsa da gelişmiş yaşamın yaygın olmayabileceğini öne süren Büyük Filtre Hipotezi ile tutarlıdır. Sonuç olarak, Archean döneminde var olanlara benzer basit mikrobiyal biyosferler en yaygın olanı olabilir. O halde anahtar nokta, ilkel yaşamla ve milyarlarca yıl önce Dünya’da yaygın olan koşullarla tutarlı biyolojik imzaları izole edecek araştırmalar yürütmektir.

Victoria Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırma görevlisi ve çalışmanın baş yazarı Dr. Jake Eager-Nash’in Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi:

“Dünya tarihinin, yerleşik dış gezegenlerin neye benzeyebileceğine dair birçok örnek sağladığını düşünüyorum ve diğer gezegenlerdeki yaşamın neye benzeyeceğine dair elimizde başka örnek olmadığı için biyolojik imzaları Dünya tarihi bağlamında anlamak önemlidir. Yaşamın ilk kez ortaya çıktığına inanılıyor, oksijen üreten fotosentezin gelişip baskın birincil üretici haline gelmesinden önce yaklaşık bir milyar yıl kadar bir süre vardı, oksijen konsantrasyonları gerçekten düşüktü. Oksijen ve ozonun biyolojik imzaları olmadan böyle bir dönemde uzun süre kalabiliriz, bu nedenle Arkean benzeri biyoimzaların neye benzediğini anlamak önemli.”

Ekip, çalışmaları için Archean benzeri koşulları ve erken yaşam formlarının varlığının bazı unsurları tüketirken diğerlerini nasıl tüketeceğini dikkate alan bir model hazırladı. Bu, okyanuslarda yaşayan basit bakterilerin hidrojen (H) veya karbon monoksit (CO) gibi molekülleri tüketerek enerji kaynağı olarak karbonhidrat ve metan (CH) oluşturduğu bir model ortaya çıkardı.₄) atık olarak. Daha sonra okyanus ve atmosfer arasında gazların nasıl değiş tokuş edileceğini, bunun da daha düşük H ve CO konsantrasyonlarına ve daha yüksek CH konsantrasyonlarına yol açacağını düşündüler.₄. Eager-Nash şunları söyledi:

“Arkean benzeri biyolojik imzaların, karbon monoksitin yokluğunun yanı sıra metan, karbondioksit ve su buharının varlığını da gerektirdiği düşünülüyor. Bunun nedeni, su buharının size suyun var olduğuna dair bir işaret vermesi, oysa her ikisine de sahip bir atmosferin olmasıdır. Metan ve karbon monoksit, atmosferin dengesiz olduğunu gösterir; bu, bu dengesizliği sürdüren yaşam gibi bir şey olmadığı sürece, atmosfer kimyası hepsini diğerine dönüştüreceğinden, bu türlerin her ikisinin de atmosferde bir arada var olmaması gerektiği anlamına gelir. Karbon monoksitin yokluğu önemlidir, çünkü yaşamın hızla bu enerji kaynağını tüketmeye yönelik bir yol geliştireceği düşünülür.”

Atmosferdeki gaz konsantrasyonu daha yüksek olduğunda, gaz okyanusa karışacak ve basit yaşam formlarının tükettiği hidrojen ve karbon monoksiti yenileyecektir. Okyanusta biyolojik olarak üretilen metan seviyeleri arttıkça atmosfere salınacak, burada ek kimya meydana gelecek ve farklı gazlar gezegenin etrafında taşınacak. Ekip bundan yola çıkarak hangi biyolojik imzaların tespit edilebileceğini tahmin etmek için atmosferin genel bir bileşimini elde etti.

Eager-Nash, “Bulduğumuz şey, bir M-Cücenin yörüngesindeki Archean benzeri bir gezegenin atmosferinde muhtemelen karbon monoksitin mevcut olduğudur” dedi. “Bunun nedeni, ev sahibi yıldızın, hayat tüketen bir gezegene sahip olsanız bile, güneşin etrafında dönen bir gezegenle karşılaştırıldığında daha yüksek karbon monoksit konsantrasyonuna yol açan kimyayı yönlendirmesidir. [compound]”

Bilim insanları yıllardır güneş çevresi yaşanabilir bölgenin (CHZ) önceki jeolojik dönemlerdeki Dünya benzeri koşulları da kapsayacak şekilde nasıl genişletilebileceğini düşünüyorlardı. Benzer şekilde astrobiyologlar, daha eski yaşam formlarıyla (retinal-fotosentetik organizmalar gibi) ilişkili biyoimza türleri üzerinde daha geniş bir ağ oluşturmaya çalışıyorlar. Bu son çalışmada Eager-Nash ve meslektaşları, güneş benzeri ve kırmızı cüce güneşlerin etrafında dönen Arkean dönemi kayalık gezegenlerinde yaşamın keşfedilmesine yol açabilecek bir dizi biyolojik imza (su, karbon monoksit ve metan) oluşturdular.