Oksijen ve metanın birleşimi başka bir dünyada yaşamın varlığını ortaya çıkarabilir

Bilim insanları, astrobiyoloji olarak bilinen evrendeki yaşamı ararken, biyolojik ve evrimsel süreçler için bir şablon olarak Dünya’ya güveniyorlar. Bu, ana yıldızlarının yaşanabilir bölgesi (HZ) içinde yörüngede dönen ve nitrojen, oksijen ve karbondioksitten oluşan atmosferlere sahip kayalık gezegenler olan Dünya benzerlerini aramayı içerir. Bununla birlikte, Dünya’nın atmosferi, nitrojen, karbon dioksit ve volkanik gaz izlerinden oluşan zehirli bir buluttan zamanla önemli ölçüde gelişmiştir. Zamanla fotosentetik organizmaların ortaya çıkışı bir geçişe neden oldu ve bugün gördüğümüz atmosfere yol açtı.

Fanerozoik Çağ olarak bilinen son 500 milyon yıl, Dünya atmosferinin ve karasal türlerin evrimi açısından özellikle önemli olmuştur. Bu dönemde oksijen içeriğinde önemli bir artış ve hayvanların, dinozorların ve embriyofitlerin (kara bitkileri) ortaya çıkışı görüldü. Ne yazık ki, dış gezegen atmosferlerinde yaşam belirtileri arayışımızda ortaya çıkan iletim spektrumları eksik. Bu boşluğu gidermek için Cornell araştırmacılarından oluşan bir ekip, Fanerozoik Çağ sırasındaki atmosferin bir simülasyonunu oluşturdu; bu simülasyon, güneş dışı gezegenlerde yaşam arayışında önemli sonuçlar doğurabilir.

Araştırma, Cornell Üniversitesi Carl Sagan Enstitüsü’nde araştırma görevlisi ve yardımcı doçent olan Rebecca Payne ve Lisa Kaltenegger (sırasıyla) tarafından yönetildi. Kağıt bulgularını açıklayan “Dünya benzeri ötegezegenler için Oksijen Ödülü: Fanerozoik aracılığıyla Dünya’nın Spektrumları” yakın zamanda Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri: Mektuplar. Yer ve uzay tabanlı teleskoplarla gözlemleri planlamak, optimize etmek ve yorumlamak için bir araç sağlayan tam modeli ve yüksek çözünürlüklü spektrumu çevrimiçi olarak kullanıma sundular.

Dış gezegenlerin incelenmesi şu anda bir geçiş yaşıyor. Bugüne kadar onaylanan 5.528 dış gezegen ve onay bekleyen diğer 9.899 adayla birlikte süreç, keşiften karakterizasyona doğru ilerliyor. Bu geçiş, dış gezegen atmosferlerinden doğrudan spektrum elde edebilen yeni nesil yer ve uzay tabanlı teleskoplardan yararlandı. Bu, farklı kimyasal bileşiklere karşılık gelen soğurma özelliklerini belirlemek için ışığın spektrometreler kullanılarak analiz edildiği ve böylece bir dış gezegenin atmosferinin bileşimi hakkında hayati verileri ortaya çıkaran bir süreçtir.

Bu, gökbilimcilerin bir gezegenin atmosferinden (veya yüzeyinden) yansıyan ışığı incelediği doğrudan görüntüleme yöntemi kullanılarak yapılabilir. Başka bir yöntem, gökbilimcilerin bir ötegezegenin atmosferinden geçen ışığı, gözlemciye (geçişlere) göre yıldızının önünden geçerken analiz ettiği iletim spektrumlarının elde edilmesini içerir. James Webb Uzay Teleskobu (JWST) gibi gözlemevleri sayesinde gökbilimciler nihayet güneşlerine daha yakın yörüngede dönen, potansiyel olarak yaşanabilir, Dünya benzeri gezegenlerin bulunduğuna inanılan daha küçük kayalık gezegenlerin iletim spektrumlarını elde edebildiler. Prof. Kaltenegger’in Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi:

“Bugüne kadar, yıldızlarının yaşanabilir bölgelerinde dönen yaklaşık 35 kayalık ötegezegen olduğunu biliyoruz. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun teknik kapasitesinin sınırındayken, bu ötegezegenlerden bazılarının atmosferini analiz etmek artık bir olasılık. Ancak bilim adamlarının buna ihtiyacı var. Modellerimiz, Fanerozoik Dünya gibi gezegenleri, evrende yaşam bulmak için gerçekten umut verici hedefler olarak tanımlıyor; elbette, yaşamın hiçbir şekilde dinozorlar olması gerekmeyecek.”

Keşfedilen ve karakterize edilen çok sayıda ötegezegenin varlığına rağmen, atmosferleri evrimin çeşitli aşamalarında olan Dünya benzeri gezegenlerin sayısı oldukça az. Bu özellikle Proterozoik, Archaen ve Hadeon Çağlarından önce gelen dört jeolojik dönemin şimdiki ve en sonuncusu olan Fanerozoik Çağ için geçerlidir. Bu dönem, karasal yaşam formlarının evrimi açısından özellikle önemliydi; çünkü bu dönemde meydana gelen birçok önemli gelişmeden dolayı. Buna, çoğu modern hayvan türünün fosil kayıtlarında ortaya çıkmasıyla karakterize edilen Kambriyen Patlaması da dahildir.

Aynı zamanda sayısız su türünün kuru toprağa adapte olduğu Devoniyen’i de içeriyordu; büyük yok oluş olaylarıyla başlayan ve sona eren Triyas ve Jura (sırasıyla Permiyen-Triyas ve Triyas-Jura yok oluş olayı yok oluş olayları); Kretase-Paleojen neslinin tükenmesi olayı, dinozorların neslinin tükenmesi; ve memelilerin ve kuşların modern formlara evrilmeye devam ettiği ve jeolojik kayıtlarda ilk modern insanın ortaya çıktığı Neojen. Kaltenegger, bu Eon’un atmosferinin nasıl görüneceğini tahmin etmek için, yerleşik modelleri yeni atmosferik simülasyonlarla birleştiren bir model oluşturduklarını söyledi:

“Modellerimiz, yıldızına doğru görüş hattımızdan geçen bir atmosfere sahip bir gezegenin oluşturduğu iletim spektrumunu simüle etti. Gezegenin atmosferi yıldız ışığının renklerinden bazılarını emer ancak diğerlerinin filtrelenmesine izin vererek bir ‘ışık parmak izi’ oluşturur. bilim insanları atmosferin bileşimini ve bu atmosferde yaşam belirtileri olup olmadığını belirlemek için kullanıyor. Rebecca Payne, yerleşik iki iklim modelinden (GEOCARB ve COPSE adı verilen) tahminler kullanarak, Dünya’nın atmosferik bileşimini ve sonuçta ortaya çıkan iletim spektrumunu 100 milyon yıllık beş artışla simüle etti. Biyosferin çeşitlendiği ve ormanların yaygınlaştığı, havadaki oksijen ve diğer gazların karışımının değiştiği Fanerozoik dönem.”

Simülasyonlarının anahtarı, Fanerozoik’in başlangıcında (Kambriyen dönemi) yaklaşık %10’dan, sonunda (Neojen) %35’e yükselen atmosferdeki oksijen içeriğiydi. Ortaya çıkan daha yüksek oksijen seviyelerinin, dinozorlar, memeliler ve hominidler de dahil olmak üzere (sonunda modern insanlara yol açan) karmaşık yaşamın evrimi için tartışmasız bir ön koşul olduğunu belirtiyorlar. Ne olursa olsun, simülasyonlarının ürettiği “ışık parmak izi”, daha yüksek oksijen içeriği nedeniyle günümüz Dünya’sından daha da öne çıkacaktı.

Kaltenegger, “Dünya’nın en son 540 milyon yıllık evrimi olan Fanerozoik Çağ’ı analiz ettiğimizde, Dünya benzeri bir dış gezegenin atmosferindeki yaşamın kimyasal izlerinin, modern Dünya’ya kıyasla daha belirgin olduğunu bulduk” dedi. “Dinozorların zamanını da içeren Fanerozoik sırasında (245-66 milyon yıl önce), iki önemli biyolojik imza çifti (oksijen ve metan ile ozon ve metan), oksijen seviyelerinin önemli ölçüde daha yüksek olduğu yaklaşık 300 milyon yıl önce daha güçlü göründü. ”

Bu araştırma, Dartmouth College’dan (Kaltenegger’in de ortak yazar olduğu) bir ekip tarafından yürütülen yeni bir çalışmayla destekleniyor. Dergide yayımlanmak üzere kabul edilen makalelerinde Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri Ve gecerli üzerinde arXiv ön baskı sunucusunda (“Geçiş Yapan Gezegenlerdeki Yaşam İşaretlerini Belirlemeye Yönelik Bilgi Teorisi Yaklaşımı”), ekip, Dünya analogları üzerindeki potansiyel biyolojik imzaları tanımlamak için bir algoritma oluşturmak üzere bir dizi iletim spektrumunu nasıl simüle ettiklerini anlattı. Bu algoritmayı, bir dizi ev sahibi yıldızın etrafında dönen Dünya benzeri gezegenler için atmosferik evrimin üç döneminde test ettiler.

Ortaya çıkan teşhis aracının, gezegenin yaşanabilirliğini kısıtlamak için gelecekteki gözlemlere uygulanabileceğini söylediler. Payne ve Kaltenegger tarafından oluşturulan bu araştırma ve model, çeşitli yaşanabilirlik aşamalarındaki gezegenleri bulmak için bir şablon sağlayarak astrobiyoloji açısından çok önemli sonuçlar doğurabilir.

Kaltenegger’in özetlediği gibi: “Potansiyel olarak yaşanabilir dünyaları tanımlamak için, yaşamın bu parmak izinin şimdikinden çok daha belirgin olduğu bir zaman vardı ve bu dinozorların hükümdarlığı sırasındaydı. Dolayısıyla, evrende yaşam bulmak inanılmaz derecede zor olsa da , düşündüğümüzden biraz daha kolaylaşmış olabilir. Büyük, karmaşık yaşamlarıyla Jurrasik dünyalar bize onu biraz daha kolay bulma şansı verebilir. Ve kim bilir, belki de şanslıyızdır ve orada da vardır. Bulunmayı bekleyen diğer dinozorlar.”