Daha önceki bir Dünya ile eşleşen gezegenlerde yaşam bulmak en kolay olabilir

Uzak gezegenlerdeki biyolojik imzaları güvenilir bir şekilde tespit etmeye giderek daha da yaklaşıyoruz. Odaklanmanın büyük kısmı hangi kimyasalların yaşamın varlığını gösterdiğini belirlemek üzerinedir.

Ancak yaşam aynı zamanda bir sistemde serbest enerji yaratabilir ve aşırı enerji kimyasal dengesizlik yaratabilir. Dünya’da hayat devam ederken olan da buydu. Kimyasal dengesizlik bir biyolojik imza olabilir mi?

Bir sistemin enerjisi fazla olduğunda bu durum kimyasal denge olarak ortaya çıkar. Her gezegen bir sistemdir ve yaşam aşırı enerji üretebilir. Peki, eğer kimyasal dengeyi tespit edersek, bir biyolojik imza mı tespit etmiş oluyoruz? Hayatı mı tespit ediyoruz? Belki. Özellikle de erken dönem Dünya’ya çok benzeyen bir dış gezegene bakıyorsak.

Yeni araştırma bu soruyu ele alıyor. Araştırmanın başlığı “Proterozoik Dünya Benzeri Ötegezegenler için Kimyasal Dengesizlik Biyoimzalarının Çıkarılması.” Baş yazar, Northern Arizona Üniversitesi Astronomi ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nden Amber Young’dır. Makale ön baskı sunucusunda bulunabilir. arXiv.

Yazarlar makalelerinde şöyle yazıyor: “Uzak bir dünyada yerleşim olup olmadığı sonucunu çıkarmaya çalışırken, kimyasal dengesizlik, güneş sistemi gezegen ortamlarında uzun bir çalışma geçmişine sahip olan yaşamın potansiyel bir göstergesidir.”

Ne zaman metan (CH₄) ve oksijen (O₂) her ikisinin de bir atmosferde mevcut olması, yaşamın iş başında olduğunun bir göstergesidir. Bunun nedeni, oksijenli bir ortamda metanın yalnızca 10 yıl kadar dayanabilmesidir. Varlığı dengesizliği gösterir. Var olması için, yalnızca yaşamın üretebileceği miktarlarda sürekli olarak yenilenmesi gerekir.

Gibbs serbest enerji konsepti bu fikri yakalamaya çalışıyor. Bir sistem kimyasal dengeye ulaştığında termodinamik potansiyel en aza indirilir. Bir sistem kimyasal dengeden ne kadar uzaksa, Gibbs serbest enerjisi de o kadar fazla olur.

Yazarlar, “Kimyasal dengesizliği ölçmek için birincil bir ölçüm, gözlemlenen bir sistemle ilişkili kimyasal enerjideki farkın ve bu sistemin teorik denge durumunun hesaplanmasını içerir” diye açıklıyor. Araştırmacılar, güneş sistemimizdeki dünyaları anlamak için Gibbs’in serbest enerjisini nasıl kullanabileceklerini araştırıyorlar. Daha da önemlisi, araştırmacılar bunun Dünya tarihine nasıl uygulanabileceğini anlamaya çalışıyorlar.

Bu araştırma, Dünya’nın dört çağının üçüncüsü olan Proterozoik Çağ’a odaklanıyor. 2,5 milyar yıl öncesinden 541 milyon yıl öncesine kadar değişiyor ve Dünya tarihindeki iki kritik olayı kapsıyor. Proterozoik’in başlangıcında Dünya’nın atmosferinde serbest oksijen ortaya çıkar ve Proterozoik, karmaşık yaşamın ortaya çıkmasından hemen önce sona erer.

Gibbs metriğini biyolojik imza olarak kullanmanın önündeki engel, onu Dünya benzeri ötegezegenlerde anlamaya çalışırken gözlemsel belirsizliklerin ne olduğunu bilmememizdir. Bu araştırmada Dünya benzeri, “Dünya’ya benzer yüzey basınçları ve sıcaklıklara sahip ve N’nin hakim olduğu bir atmosfere sahip, okyanus taşıyan, Dünya boyutunda bir dünya” anlamına geliyor.₂H₂O ve CO₂ eser miktarda CH içeren₄ ve değişen seviyelerde O₂,” diye açıklıyor yazarlar.

Bilim insanları Proterozoyik dönemde Dünya hakkında epey bilgi sahibi olsa da elbette pek çok cevaplanmamış soru var. Gözlemsel belirsizliklerin bazılarını anlamak için araştırmacılar, Dünya için iki, Mars için ise bir farklı senaryo modellediler.

Her senaryo farklı miktarda serbest atmosferik enerji içerir. Daha sonra, bu simüle edilmiş gezegenlerin her birinin atmosferlerinin, farklı senaryolarda ışığı nasıl yansıtacağını araştırdılar: atmosferlerdeki yüksek, orta ve düşük biyolojik imza gazları.

Sonuç, Proterozoik Dünya için üç farklı durumu taklit eden dış gezegenlerin atmosferlerinde gözlemleyebileceğimiz ışık spektrumlarıydı.

Yazarlar, “Mevcut Gibbs serbest enerjisinin sınırlandırılması, biyo-imza gaz tespiti için yerleşik tekniklerle iyi bir şekilde sinerji oluşturan umut verici bir karakterizasyon stratejisidir” sonucuna varıyor. Ancak bu potansiyeli gerçekleştirmek için daha iyi sinyal-gürültü (SNR) performansına sahip daha iyi teleskoplara ihtiyacımız var. Ve bunların da yolda olduğunu umuyoruz.

“LUVOIR-B konseptine göre modellenen gürültü özelliklerine sahip 6 m sınıfı bir uzay teleskopu için, burada araştırılan yüksek SNR vakaları, bir güneş enerjisi ana bilgisayarının etrafındaki Dünya benzeri bir hedef için 5 ila 7 pc (16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ila 16 ton)) mesafelerdeki Dünya benzeri bir hedef için elde edilebilir. 23 ışıkyılı) iki ila dört haftalık bir gözlem süresi yatırımı ile” diye açıklıyor yazarlar.

Bu, çok fazla gözlem süresi gibi görünse de, HabEx teleskop konseptiyle beklenen hedef gözlemleme süreleriyle uyumludur. Ve potansiyel bir Proterozoik Dünya benzeri dış gezegen, bu kadar özel gözlem süresine layık, yüksek değerli bir hedeftir. Uzay teleskoplarının öncelik vermesi gereken başka bir şey var mı? Olası değil.

“Gözlemsel bir bakış açısıyla CH’yi karakterize eden₄ ve O₂ Yazarlar, “bolluk, Dünya’daki benzerlerinin evrimsel tarihinin çoğu boyunca atmosferik kimyasal dengesizlik sinyalini çıkarmak için gereklidir” diye yazıyor.

Etrafımızda gördüğümüz her şeyi normalleştirme eğiliminde olsak da, Dünya’nın şu anki durumu pek “normal” değil. Dünya, tarihinin büyük bölümünde çok farklıydı. Proterozoyik dönemde Dünya’nın durumuna benzer gezegenler aramak mantıklıdır.

Proterozoyik iki milyar yıl sürdü ve yaşam, tüm dönem boyunca atmosferi aktif olarak şekillendirdi. Eğer yaşamı destekleyen başka bir ötegezegen keşfedecek kadar şanslıysak, o zaman tamamen şans eseri, modern Dünya’dan çok Proterozoik Dünya’ya benzemesi muhtemeldir.