سیارات سیاره‌ای پایدار مناسب حیات به دور ستارگان کوچک

امکان شناسایی نشانه‌های حیات در سیارات فراخورشیدی با تلسکوپ فضایی جیمز وب

از زمان راه‌اندازی تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا در اواخر سال 2021، این امکان مطرح شده است که بتوانیم نشانه‌های حیات را در سیارات فراخورشیدی، یعنی سیاراتی که خارج از منظومه شمسی ما قرار دارند، شناسایی کنیم. کاندیداهای اصلی در این جستجو، سیارات سنگی هستند که به جای سیارات گازی، در حال گردش به دور ستاره‌های کم‌جرم به نام M-dwarfs قرار دارند؛ این ستاره‌ها به‌طور قابل توجهی رایج‌ترین ستاره‌ها در جهان هستند.

یکی از نزدیک‌ترین M-dwarf ها، ستاره TRAPPIST-1 است که حدود 40 سال نوری با ما فاصله دارد و میزبان یک سیستم از سیارات در حال گردش است که به‌طور جدی در جستجوی نشانه‌های حیات مورد بررسی قرار می‌گیرد. تحقیقات قبلی به قابلیت سکونت‌پذیری سیارات در حال گردش به دور TRAPPIST-1 شک کرده بودند و به این نتیجه رسیدند که اشعه‌های فرابنفش شدید می‌توانند آب سطحی آن‌ها را تبخیر کنند. این امر باعث می‌شود که سطح سیاره خشک شود و اگر تنها بخش هیدروژنی مولکول‌های بخار آب فرار کند، ممکن است مقادیر زیادی اکسیژن واکنش‌پذیر باقی بماند که می‌تواند شیمی مربوط به پیدایش حیات را مختل کند.

اما اکنون یک مطالعه جدید به رهبری دانشگاه واشنگتن که به‌تازگی در نشریه Nature Communications منتشر شده، نشان می‌دهد که یک سری از رویدادها در طول تکامل برخی سیارات سنگی در حال گردش به دور M-dwarfs، جوی ایجاد می‌کند که در طول زمان پایدار خواهد بود. جاشوا کریسانسن-توتون، نویسنده اصلی و استادیار علوم زمین و فضا در دانشگاه واشنگتن، گفت: “یکی از سوالات جذاب در حال حاضر در نجوم سیارات فراخورشیدی این است که آیا سیارات سنگی در حال گردش به دور ستاره‌های M-dwarf می‌توانند جوی داشته باشند که بتواند از حیات حمایت کند؟” او افزود: “یافته‌های ما دلیلی برای انتظار فراهم می‌کند که برخی از این سیارات جوی دارند که به‌طور قابل توجهی شانس اینکه این سیستم‌های سیاره‌ای رایج بتوانند از حیات حمایت کنند را افزایش می‌دهد.”

تلسکوپ فضایی جیمز وب به اندازه کافی حساس است که می‌تواند چند سیستم سیاره‌ای منتخب را مشاهده کند. داده‌های دریافتی تا کنون نشان می‌دهد که داغ‌ترین سیارات سنگی، نزدیک‌ترین به ستاره TRAPPIST-1، جوی قابل توجهی ندارند. اما این تلسکوپ هنوز نتوانسته است سیارات موجود در “منطقه گلدیلاکس“، که کمی دورتر از ستاره خود قرار دارند و فاصله‌ای مناسب برای حمایت از آب مایع و حیات است، به‌طور واضح شناسایی کند.

تحقیقات جدید درباره سیارات سنگی

تحقیقات جدید که انجام شده، روند شکل‌گیری و سرد شدن یک سیاره سنگی را در طول صدها میلیون سال به تصویر کشیده است. نتایج نشان می‌دهد که هیدروژن یا سایر گازهای سبک در ابتدا به فضا فرار کرده‌اند. اما در مورد سیاراتی که دورتر از ستاره قرار دارند و دما در آن‌ها معتدل‌تر است، هیدروژن با اکسیژن و آهن درون سیاره واکنش نشان می‌دهد. این واکنش منجر به تولید آب و گازهای سنگین‌تر می‌شود و جوی تشکیل می‌دهد که نتایج نشان می‌دهد در طول زمان پایدار است.

همچنین نتایج نشان می‌دهد که برای این سیارات در منطقه گلدیلاکس، آب به سرعت از جو باران می‌بارد و احتمال فرار آب را کاهش می‌دهد. کریسانسن-توتون گفت: “مشاهده سیارات داغ‌تر نزدیک به ستاره برای تلسکوپ JWST آسان‌تر است زیرا آن‌ها تابش حرارتی بیشتری تولید می‌کنند که تحت تأثیر تداخل ستاره قرار نمی‌گیرد. برای این سیارات، پاسخ نسبتاً واضحی داریم: آن‌ها جوی ضخیم ندارند.” او افزود: “برای من، این نتیجه جالب است زیرا نشان می‌دهد که سیارات معتدل‌تر ممکن است جوی داشته باشند و باید با تلسکوپ‌ها به دقت بررسی شوند، به ویژه با توجه به پتانسیل قابل سکونت بودن آن‌ها.”

تلسکوپ JWST هنوز نتوانسته است ببیند که آیا سیاراتی که کمی دورتر از ستاره TRAPPIST-1 قرار دارند، جوی دارند یا خیر. اما اگر این سیارات جوی داشته باشند، به این معنی است که ممکن است آب مایع بر روی سطح آن‌ها وجود داشته باشد و آب و هوایی معتدل که برای زندگی مناسب است، داشته باشند. کریسانسن-توتون گفت: “با تلسکوپ‌هایی که اکنون داریم، یعنی تلسکوپ جیمز وب و تلسکوپ‌های بسیار بزرگ زمینی که به زودی به بازار می‌آیند، واقعاً تنها می‌توانیم به بررسی جوی تعداد بسیار کمی از سیارات سنگی در منطقه قابل سکونت بپردازیم — این سیارات TRAPPIST-1 و چند سیاره دیگر هستند.”

او ادامه داد: “با توجه به علاقه بسیار زیاد به جستجوی زندگی در جاهای دیگر، نتیجه ما نشان می‌دهد که سرمایه‌گذاری زمان تلسکوپ برای ادامه مطالعه قابلیت سکونت این سیستم‌ها با فناوری فعلی ارزشمند است، به جای اینکه منتظر نسل بعدی تلسکوپ‌های قوی‌تر باشیم.”

نویسندگان همکار این تحقیق شامل نیکلاس وگان، که این کار را به عنوان دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دانشگاه واشنگتن انجام داده و اکنون در ناسا مشغول به کار است؛ مگی تامپسون از مؤسسه کارنگی برای علوم در واشنگتن دی‌سی; و جاناتان فورتنی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز هستند. این تحقیق با حمایت ناسا انجام شده است.