Dünya hayatı dış gezegenlerde ne kadar iyi hayatta kalabilir?

Gökbilimciler bazı oldukça vahşi dış gezegenler buldular. Bazıları lav toplarıdır, cehennem sıcaklığı, biri kısmen elmastan yapılmış, diğeri erimiş demir yağmur yağabilir. Ancak, tüm dış gezegenler bu kadar aşırı değildir. Bazıları, yıldızlarının yaşanabilir bölgelerindeki kayalık, kabaca toprak büyüklüğünde dünyalardır.

Basit toprak hayatı bu daha az aşırı dünyaların bazılarında hayatta kalabilir mi?

Şu anda bir güneş sisteminin yaşanabilir bölgesini sıvı su ile tanımlıyoruz. Bir gezegen, kararlı yüzey suyuna ev sahipliği yapmak için yıldızından doğru mesafedeyse, yaşanabilir bölgede olduğunu düşünüyoruz. Bununla birlikte, yeni araştırmalar, bir gezegenin atmosferinin yaşanabilirlikte oynadığı rolü vurgulayarak farklı bir yaklaşım benimsiyor.

Bu araştırmanın arkasındaki bilim adamları, mikropların simüle edilmiş dünyalarda hayatta kalıp kalamayacağını görerek fikirlerini test ettiler.

Yeni araştırma, “yaşanabilir bölge sınırlarını tanımlamada ve E. coli büyümesini desteklemede atmosferik bileşimin rolü” başlıklıdır ve mevcut üzerinde Arxiv ön hazırlık sunucusu. Baş yazar, İsviçre’deki Cenevre Üniversitesi Astronomi Bölümü’nde doktora sonrası araştırmacı Asena Kuzucan’dır.

Bilim adamları yaklaşık 4.300 gezegen sisteminde 6.000’e yakın dış gezegen keşfettiler. Başka bir yerde hayat var mı ve bu binlerce dış gezegenden herhangi biri yaşanabilir mi?

Bazıları olasılığı azalttı. Trappist1-e ve proxima centauri B, yıldızlarının yaşanabilir bölgelerindeki kayalık gezegenlerdir. TOI-700 D, küçük, serin bir yıldız yörüngesinde ve yaşanabilir bölgesinde olabilir. Diğerleri var.

Yaşanabilir bölgenin basit tanımı, bir gezegenin yıldızından olan mesafesiyle sınırlıdır ve sıvı su bu mesafede yüzeyinde kalırsa. Bununla birlikte, bilim adamları bir gezegenin atmosferinin yaşanabilirlikte büyük bir rol oynadığını biliyorlar. Yaşanabilir bölgenin dışındaki bir gezegendeki kalın bir atmosfer, sıvı suyun korunmasına yardımcı olabilir.

Yazarlar, “Her atmosfer, sıvı suyun bulunabileceği bir yıldızın etrafındaki bölge olan yaşanabilir bölgeyi (HZ) tanımlayan yüzey sıvı su olasılığını benzersiz bir şekilde etkiliyor.” Sıvı su, bir dünyanın yaşanabilir olduğunu garanti etmez. Dış gezegen yaşanabilirliğini daha iyi anlamak için, araştırmacılar iki yönlü bir yaklaşım izledi.

Farklı atmosferik bileşimlerle bir yıldızın Hz’nin iç kenarına yakın dış gezegen yüzey koşullarını tahmin ederek başladılar.

Daha sonra, toprak mikroplarının bu ortamlarda hayatta kalıp kalamayacağını düşündüler. E. coli üzerinde laboratuvar deneyleri yaptılar ve nasıl büyüyüp hayatta kalabileceklerini veya hayatta kalabileceklerini görmek için. Bu atmosferlerde farklı gaz bileşimlerine odaklandılar. Atmosferik bileşimler standart (toprak) hava, saf co idi₂N₂-Rich, ch₄-Rich ve saf moleküler hidrojen.

Deneyleri, beş atmosferik bileşimin her biri için üç, üç ayrı şişe kullandı. Her şişe, Moleküler Biyoloji Çalışmaları’nın temel taşı olan E. coli’nin bir laboratuvar suşu olan E. coli K-12 ile aşılandı.

“İklim modellemesi ve biyolojik deneylerin bu yenilikçi kombinasyonu teorik iklim tahminlerini biyolojik sonuçlarla köprüüyor,” diye yazıyorlar.

Laboratuvar deneyleriyle birlikte ekip, farklı atmosferik bileşimlere ve gezegensel özelliklere sahip bir dizi simülasyon gerçekleştirdi.

“Simüle ettiğimiz her atmosferik bileşim için su, basınç/sıcaklık koşullarının bir fonksiyonu olarak yoğunlaşabilen veya buharlaşabilen değişken bir bileşendir.” Her atmosferik bileşim için, HZ’nin iç kenarını tanımlamak için farklı yörünge mesafelerinde gezegenleri simüle ettiler. Ayrıca atmosfer basıncını değiştirdiler.

Yazarlar, “3D GCM (genel dolaşım modeli) simülasyonlarını kullanarak, bu çalışma, bu atmosferik bileşimlerin yaşanabilir bölgenin iç kenarını nasıl etkilediğine ilk bakış sunarak bu aşırı koşullar altında habitlenebilirliğin teorik sınırları hakkında değerli bilgiler sunuyor.”

“Bulgularımız, atmosferik kompozisyonun bakteriyel büyüme kalıplarını önemli ölçüde etkilediğini ve dış gezegen yaşanabilirliğini değerlendirmede ve Dünya’nın ötesinde yaşam arayışını ilerletmede çeşitli atmosferleri düşünmenin önemini vurguladığını göstermektedir.”

E. coli, çeşitli atmosferik bileşimlerde şaşırtıcı derecede başarılı oldu. E. coli uyarlandıkça aşılamayı takip eden bir gecikme olmasına rağmen, bazı testlerde hücre yoğunluğu artmıştır. Hidrojen açısından zengin atmosfer şaşırtıcı derecede iyi oldu.

“Aşılamadan sonraki ilk günde hücre yoğunlukları standart hava, CH’de artmıştı₄-Rich, N₂-Rich ve saf h₂ Atmosferler, “yazarlar yazıyor.

“Standart havada hücre yoğunlukları benzer şekilde artarken,₄-Rich ve n₂-Rich atmosferler, saf H’de biraz daha güçlü bir artış gözlendi₂ atmosfer. E. coli’nin saf h’ye hızlı uyarlanması₂ Hidrojen açısından zengin atmosferlerin iklimlendirme meydana geldikten sonra anaerobik mikrobiyal yaşamı destekleyebileceğini düşündürmektedir. “

Tersine H’ye₂ Sonuçlar, CO₂ Sonuçlar gecikti. “Pure Co₂Ancak, sürekli olarak en zorlu ortamı, önemli ölçüde daha yavaş büyümeyle sundu. “

Sonuçları, h’nin egemen olduğu anaerobik atmosferlere sahip gezegenlerin₂Ch₄veya n₂ İlk büyüme Dünya’nın havasındaki olduğundan daha yavaş olsa bile, mikrobiyal yaşamı hala destekleyebilir.

Yazarlar, “Daha az elverişli koşullara uyum sağlama yeteneği, iklimlendirme için yeterli zaman verildiğinde, yaşamın bu tür gezegenlerde devam edebileceğini ima ediyor.”

CO₂-Rich atmosfer bu çalışmada aykırıdır.

“Pure Co’daki sürekli zayıf büyüme₂ Bu gazın, özellikle E. coli gibi heterotrofik organizmalar için yaşamı destekleyen sınırlamaları vurgular, “Kuzucan ve ortak araştırmacılar yazıyor.

Ancak yazarlar, bazı yaşam formlarının CO’dan yararlanabileceğini belirtiyor₂ bazı ortamlarda bir karbon kaynağı olarak. Bu tür atmosferlere sahip gezegenlerin hala kemotroflar veya ekstremofiller gibi kendilerine uyarlanmış organizmalara ev sahipliği yapabileceğini açıklıyorlar.

Bu çalışma, dış gezegen HZ’lerini anlamak için atmosferik ve biyolojik faktörleri birleştirir.

“Kilit hedeflerimizden biri, H’nin egemen olduğu gezegenler için HZ’nin sınırlarını tanımlamaktı.₂ ve ortak₂ Yazarlar 3D iklim modellemesi, özellikle genel PCM modelini kullanarak. “

H bunu buldular₂ Atmosferlerin ısınma etkisi vardır, “HZ’nin iç kenarını CO’dan daha fazla yörünge mesafelerine itmek₂-domalı atmosferler. “5 barda 1.4 AU’ya uzanabilirken, CO₂ Aynı basınçtaki atmosferler 1.2 Au ile sınırlıydı.

“Bu, atmosferik kompozisyonun gezegensel iklim üzerindeki derin etkisini göstermektedir ve h’nin nasıl olduğunu vurgulamaktadır.₂ Atmosferler yaşanabilir bölgeyi ev sahibi yıldızlarından daha da uzatabilir. “

Test ettikleri bazı atmosferlerin doğada devam etmesi muhtemel değildir, ancak sonuçlar hala bilimsel olarak değerlidir.

“Burada sunulan atmosferik senaryolardan bazıları (1-bar H₂ ve ortak₂) basitleştirilir ve hidrojen kaçışı ve karbonat-silikat döngüsü gibi işlemler nedeniyle jeolojik zaman aralıkları üzerinde devam etmeyebilir, yine de bu gazların yaşanabilirlik üzerindeki ışınımsal etkileri hakkında değerli bilgiler sağlarlar, “yazarlar.

Atmosferlerin son derece karmaşık olduğunu biliyoruz ve bu araştırma bunu destekliyor. Ayrıca, toprak yaşamının ne kadar esnek olabileceğini de gösterir.

Yazarlar, “Genel olarak, bu sonuçlar E. coli’nin hem çeşitli atmosferik koşullara uyum sağlamada hem de mikrobiyal sağkalımın belirlenmesinde kritik rol atmosferik bileşim oyunlarını vurgulamaktadır.”

Yazarlar bulgularının yeryüzü merkezli bir çerçeveden kaynaklandığını kabul etseler de, sonuçların daha geniş etkileri vardır. Bu sonuçlara göre, hayat muhtemelen çılgınca farklı atmosferik bileşimlerde ve koşullarda gelişebilir.

“Bu nedenle, çalışmamız, toprak merkezli perspektifimizin sınırlamalarını kabul ederken atmosferik bileşimin ve yaşanabilirlik için baskının önemini vurgulamaktadır.”

“Hem atmosferik koşulları hem de mikrobiyal sağkalımı keşfederek, yaşanabilirliği etkileyen karmaşık faktörleri daha iyi anlıyoruz, güneş sistemimizin ötesinde yaşam potansiyeli üzerine gelecekteki araştırmaların yolunu açıyoruz.”