Ultraviyole yaşanabilir bölge, yaşamın oluşumuna bir zaman sınırı koyabilir

Güneş dışı gezegen çalışmaları alanı son 20 yılda katlanarak büyüdü. Kepler, Geçişli Gezegen Araştırma Uydusu (TESS) ve diğer özel gözlemevleri gibi görevler sayesinde gökbilimciler 4.243 yıldız sisteminde 5.690 gezegeni doğruladılar.

Çalışma için çok sayıda gezegen ve sistem mevcut olduğundan, bilim insanları gezegen oluşumu ve evrimi ve yaşam için hangi koşulların gerekli olduğu konusunda daha önce sahip oldukları birçok fikri yeniden gözden geçirmek zorunda kaldılar. İkinci durumda, bilim insanları Circumsolar Habitable Zone (CHZ) kavramını yeniden düşünüyorlar.

Tanımı gereği, bir CHZ, bir yıldızın etrafında yörüngede dönen bir gezegenin yüzeyinde sıvı suyu muhafaza edecek kadar sıcak olacağı bölgedir. Yıldızlar zamanla evrimleştikçe, parlaklıkları ve ısıları kütlelerine bağlı olarak artacak veya azalacak ve CHZ’nin sınırları değişecektir.

Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü’nden (INAF) bir gökbilimciler ekibi, yıldızların evriminin ultraviyole emisyonlarını nasıl etkilediğini ele aldı. UV ışığı, bildiğimiz şekliyle yaşamın ortaya çıkması için önemli göründüğünden, bir yıldızın Ultraviyole Yaşanabilir Bölgesi’nin (UHZ) ve CHZ’sinin evriminin nasıl iç içe geçebileceğini ele aldılar.

Araştırma ekibine Palermo Astronomi Gözlemevi’nden INAF araştırmacısı Riccardo Spinelli liderlik etti. Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü (INFN), Insubria Üniversitesi ve Brera Astronomi Gözlemevi’nden astronomlar da katıldı.

“Ultraviyole yaşanabilir bölgenin zaman evrimi” başlıklı makaleleri yakın zamanda yayımlandı yayınlanan içinde Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Duyuruları: Mektuplar.

Spinelli’nin Universe Today’e e-posta yoluyla söylediğine göre, UHZ, bir gezegenin RNA öncüllerinin oluşumunu tetikleyecek kadar UV radyasyonu aldığı ancak biyomolekülleri yok etmeyecek kadar az aldığı bir yıldızın etrafındaki halkasal bölgedir. “Bu bölge, esas olarak yıldızın zamanla azalan UV parlaklığına bağlıdır,” dedi. “Sonuç olarak, UV yaşanabilir bölge yıldızın evriminin erken aşamalarında yıldızdan daha uzaktadır ve zaman ilerledikçe yıldıza giderek yaklaşır.”

Gökbilimcilerin bir süredir bildiği gibi, CHZ’ler de yıldızın kütlesine bağlı olarak zamanla artan veya azalan yıldızın parlaklığındaki ve ısı çıktısındaki değişiklikler nedeniyle evrime tabidir. Bu iki yaşanabilir bölgenin etkileşimini ele almak, hangi dış gezegenlerin bildiğimiz şekliyle yaşam için “potansiyel olarak yaşanabilir” olma olasılığının en yüksek olduğuna ışık tutabilir.

Spinelli’nin açıkladığı gibi, “Hayatın Dünya’da tam olarak nasıl ortaya çıktığını hala bilmiyoruz, ancak ultraviyole (UV) radyasyonunun önemli bir rol oynamış olabileceğini düşündüren bazı ipuçlarımız var. Paul Rimmer ve John Sutherland tarafından 2018’de yürütülen deneysel çalışmalar gibi, önemli içgörüler sağlıyor. Rimmer ve Sutherland, deneylerinde sudaki hidrojen siyanür ve hidrojen sülfit iyonlarını UV ışığına maruz bıraktılar ve bu maruziyetin RNA öncüllerinin oluşumunu etkili bir şekilde tetiklediğini keşfettiler.

“UV ışığı olmadan, aynı karışım yaşamın yapı taşlarını oluşturamayan etkisiz bir bileşikle sonuçlandı. Dahası, RNA UV radyasyonundan kaynaklanan hasara karşı direnç gösteriyor, bu da büyük ihtimalle UV açısından zengin bir ortamda oluştuğunu gösteriyor. Gerçekten de, UV radyasyonu erken Dünya yüzeyindeki en bol kimyasal içermeyen enerji kaynaklarından biriydi, bu da yaşamın ortaya çıkmasında önemli bir rol oynamış olabileceğini düşündürüyor.”

Spinelli ve meslektaşları, amaçları doğrultusunda CHZ ve UVZ’nin örtüşüp örtüşmeyeceğini (ve ne kadar süreyle örtüşeceğini) belirlemeye çalıştılar; böylece yaşamın ortaya çıkması kolaylaştı. Bu amaçla ekip, “klasik” HZ’de bulunan ötegezegenlere sahip yıldızların mevcut UV parlaklığını ölçmek için NASA’nın Swift Ultraviolet/Optical Telescope (UVOT) verilerini analiz etti.

Daha sonra UV dalga boyunda 10 milyar yıl uzaklıktaki galaksileri gözlemleyen yörüngedeki bir uzay teleskobu olan NASA’nın Galaksi Evrimi Kaşifi’nden (GALEX) alınan verilere başvurdular.

GALEX’ten, hareket eden genç yıldız gruplarının yakın UV ışık şiddeti açısından nasıl evrimleştiğini dahil ettiler. Spinelli, “Ultraviyole yaşanabilir bölgenin zaman içindeki evrimini tahmin etmek için Richey-Yowell ve ark. tarafından elde edilen sonuçları kullandık. 2023,” dedi. “Bu çalışmada, yazarlar her bir yıldız türü için ortalama bir UV ışık şiddeti evrimi türettiler. Çalışmamızda, klasik yaşanabilir bölgede gezegenlere ev sahipliği yapan yıldızların UV parlaklığının evrimini, Richey-Yowell ve ark. tarafından elde edilen ortalama evrimi 2023 ve Swift Teleskobu ile gerçekleştirilen ölçümleri birleştirerek yeniden oluşturduk.”

Bundan, CHZ’ler ve UHZ’lerin evrimi arasında bir örtüşme olduğunu belirlediler. Bu sonuçlar, birçok kayalık gezegenin CHZ’leri içinde yörüngede bulunduğu M tipi (kırmızı cüce) yıldızlar için özellikle önemliydi. Önceki araştırmalar, şunları içerir: 2023 tarihli bir makale Spinelli ve aynı meslektaşlarının birçoğu tarafından yapılan bir araştırma, M-cüce yıldızlarının şu anda yaşamın ortaya çıkması için gerekli olan prebiyotik kimyayı desteklemek için UV’ye yakın radyasyon almadığını ileri sürmüştür. Ancak, bu son makaledeki sonuçları önceki bulgularıyla çelişmektedir.

Spinelli şunları söyledi: “M-cücelerdeki NUV parlaklığının evrimini incelerken, bu soğuk yıldızların çoğunun yaşamlarının ilk 1-2 milyar yılında yaşamın önemli yapı taşlarının oluşumunu tetikleyecek miktarda NUV fotonu yayma kapasitesine sahip olduğunu ileri sürüyoruz.

“Sonuçlarımız, yaşamın başlangıcı için koşulların (düşündüğümüz belirli prebiyotik yola göre) galakside yaygın olabileceğini veya olmuş olabileceğini gösteriyor. Gerçekten de, bu çalışmada, örneğimizdeki tüm yıldızların etrafında, yaşamlarının farklı evrelerinde, klasik yaşanabilir bölge ile ultraviyole yaşanabilir bölge arasında bir kesişimin var olabileceğini (veya olmuş olabileceğini) gösterdik; en soğuk M-cüceleri (sıcaklığı 2.800 K’den düşük, özellikle Trappist-1 ve Teegarden yıldızı) hariç.”

TRAPPIST-1’in yedi kayalık gezegeninden bazılarında yaşam bulmayı uman kişiler için biraz hayal kırıklığı yaratsa da, HZ’lerinde kayalık gezegenlere ev sahipliği yapan diğer M tipi yıldızlar için iyiye işaret. Bunlara güneş sistemine en yakın dış gezegen (Proxima b), Ross 128 b, Luyten b, Gliese 667 Cc ve Gliese 180 b dahildir ve bunların hepsi Dünya’ya 40 ışık yılı uzaklıktadır.

Bu bulguların, son yıllarda keşiften karakterizasyona geçiş yapan dış gezegen ve astrobiyoloji çalışmaları açısından önemli sonuçlar doğurması bekleniyor.

Bu alanlar, Webb, Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi yeni nesil teleskoplardan ve dış gezegenlerin Doğrudan Görüntüleme çalışmalarına olanak verecek yer tabanlı gözlemevlerinden faydalanacak.