Починаючи з Космічний телескоп Kepler була запущена в космос, кількість відомих планет поза нашою Сонячною системою (екзопланети) зросла в експоненціальному масштабі. В даний час в 2918 зіркових системах підтверджено 3917 планет, тоді як 3,368 очікують на підтвердження. З них близько 50 орбіт в зоні проживання навколо їхньої зірки (т.зв. "зона золотодіїв"), відстань, на якій рідка вода може існувати на поверхні планети.
Однак останні дослідження підняли ймовірність того, що ми вважаємо зону заселення надто оптимістичною. Згідно з новим дослідженням, яке нещодавно з'явилося в Інтернеті, під назвою "Обмежена житлова зона для складного життя", зони для проживання можуть бути набагато вужчими, ніж вважалося спочатку. Ці знахідки можуть мати кардинальний вплив на кількість планет, які вчені вважають "потенційно придатними для проживання".
Дослідженням керував Едвард Швітерман, науковий співробітник післядокторської програми НАСА в Каліфорнійському університеті, Ріверсайд, і включав дослідників з команди Альтернативних Землей (частина Інституту астробіології НАСА), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), та Інститут космічних досліджень NASA Goddard.
За попередніми оцінками на основі Кеплер Дані, вчені дійшли висновку, що в Галактиці Чумацький Шлях, ймовірно, буде 40 мільярдів планет, подібних до Землі, 11 мільярдів з яких, ймовірно, орбітують як зірки нашого Сонця (тобто жовті карлики типу G). Інші дослідження показали, що це число може становити до 60 мільярдів або навіть 100 мільярдів, залежно від параметрів, які ми використовуємо для визначення житлових зон.
Ці результати, безумовно, обнадіюють, оскільки вони говорять про те, що Чумацький Шлях може бути кишеним життям. На жаль, новітні дослідження над сонячних планет поставили під сумнів ці попередні оцінки. Особливо це стосується планет із замкнутими планетами, які обертаються навколо зірок типу M (червоний карлик).
Крім того, дослідження того, як розвивалося життя на Землі, показали, що тільки вода не гарантує життя, а також, принаймні, присутність кисневого газу. На додаток до цього, Schwieterman та його колеги розглядали ще дві основні біосигнатури, які є важливими для життя, як ми це знаємо, - вуглекислий газ і чадний газ.
Занадто велика частина цих сполук була б токсичною для складного життя, тоді як занадто мало означає, що ранні прокаріоти не з'являться. Якщо життя на Землі є якоюсь ознакою, то основні форми життя є важливими для розвитку складніших форм споживання кисню. З цієї причини Швітерман та його колеги прагнули переглянути визначення зони проживання, щоб врахувати це.
Якщо бути справедливим, обчислити масштаб житлової зони ніколи не буває простим. Крім віддаленості від зірки, температура поверхні планети залежить від різних механізмів зворотного зв'язку в атмосфері - наприклад, парникового ефекту. На додаток до цього, звичайне визначення мешканської зони передбачає існування "землеподібних" умов.
Мається на увазі атмосфера, яка багата азотом, киснем, вуглекислим газом і водою і стабілізується тим самим процесом геохімічного циклу карбонатів-силікатів, який існує на Землі. У цьому процесі осадження та вивітрювання призводять до того, що силікатні породи стають вуглецевими, тоді як геологічна активність призводить до того, що вуглецеві породи знову набувають силікатну основу.
Це призводить до циклу зворотного зв’язку, який гарантує, що рівень вуглекислого газу в атмосфері залишається відносно стабільним, тим самим дозволяючи підвищити поверхневі температури (ака. Парниковий ефект). Чим ближче планета до внутрішнього краю житлової зони, тим менше вуглекислого газу потрібно для цього. Як пояснив Швітерман в останній статті MIT Technology Review:
"Але для середньої та зовнішньої областей житлової зони концентрація вуглекислого газу в атмосфері повинна бути значно більшою, щоб підтримувати температуру, що сприяє поверхневій рідкій воді".
Для ілюстрації команда використала Kepler-62f в якості прикладу, супер-Землю, яка обертається навколо зірки типу К (трохи менше і тьмяніше, ніж наше Сонце), розташованої приблизно за 990 світлових років від Землі. Ця планета обертається навколо своєї зірки приблизно на тій же відстані, що і Венера до Сонця, але нижня маса зірки означає, що вона знаходиться на зовнішньому краю зони проживання.
Коли його було відкрито в 2013 році, ця планета вважалася хорошим кандидатом у позаземне життя, якщо припустити наявність достатнього парникового ефекту. Однак Швітерман та його колеги підрахували, що для споживання вуглекислого газу в 1000 разів більше (300 - 500 кілопаскалів), ніж ті, що існували на Землі, коли складні форми життя вперше розвивалися (приблизно 1,85 мільярда років тому).
Однак ця кількість вуглекислого газу буде токсичною для більшості складних форм життя тут, на Землі. Як результат, Kepler-62f не був би відповідним кандидатом для життя, навіть якби він був досить теплим, щоб мати рідку воду. Після того, як вони взяли до уваги ці фізіологічні обмеження, Швітерман та його команда дійшли висновку, що житлова зона складного життя повинна бути значно вужчою - чверть того, що було раніше оцінено.
Швітерман та його колеги також підрахували, що деякі екзопланети, ймовірно, мають більш високий рівень окису вуглецю, оскільки вони орбітують крутими зірками. Це створює значне обмеження для житлових зон червоних карликових зірок, на які, як правило, припадає 75% зірок у Всесвіті, і які, як вважають, є найбільш імовірним місцем пошуку планет, які мають наземну (тобто скелясту) природу.
Ці висновки можуть мати кардинальні наслідки для того, що вчені вважають "потенційно мешканцями", не кажучи вже про межі зони проживання зірки. Як пояснив Швітерман:
"Одне із наслідків полягає в тому, що ми можемо не очікувати, що ми знайдемо ознаки розумного життя або техносигнатури на планетах, що обертаються навколо ортенів пізніх М, або на потенційно мешканцях планет поблизу зовнішнього краю їх мешканців".
Щоб ускладнити питання далі, це дослідження є одним із кількох, щоб поставити додаткові обмеження щодо того, що можна вважати житловими планетами пізнього часу. Тільки в 2019 році було проведено дослідження, яке показує, як системи червоних карликових зірок можуть не мати необхідної сировини для життя, і що червоні карликові зірки можуть не забезпечити достатню кількість фотонів для фотосинтезу.
Все це доповнює чітку можливість того, що життя в нашій галактиці може бути рідше, ніж вважалося раніше. Але звичайно, якщо знати з певністю, що таке межі заселеності, знадобиться більше досліджень. На щастя, нам не доведеться занадто довго чекати, щоб дізнатися, оскільки кілька телескопів наступного покоління запрацюють у найближчому десятилітті.
До них відносяться Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST), Надзвичайно великий телескоп (ELT) та Гігантський телескоп Магеллан (GMT). Очікується, що ці та інші передові інструменти дозволять зробити більш детальні дослідження та характеристики екзопланет. І коли вони будуть, ми матимемо краще уявлення про те, наскільки ймовірне життя там.
