Under de senaste åren har antalet bekräftade extrasolplaneter ökat exponentiellt. Sedan artikeln har skrivits, har totalt 3 777 exoplaneter bekräftats i 2 817 stjärnsystem, med ytterligare 2 737 kandidater som väntar på bekräftelse. Dessutom har antalet markbundna planer (dvs steniga) planeter ökat stadigt, vilket ökar sannolikheten för att astronomer kommer att hitta bevis på liv bortom vårt solsystem.
Tyvärr finns tekniken ännu inte för att utforska dessa planeter direkt. Som ett resultat tvingas forskare att leta efter vad som kallas ”biosignaturer”, en kemikalie eller ett element som är förknippat med förekomsten av tidigare eller nuvarande liv. Enligt en ny studie av ett internationellt forskarteam skulle ett sätt att leta efter dessa signaturer vara att undersöka material som matats ut från ytan på exoplaneter under en effekthändelse.
Studien - med titeln "Searching for biosignatures in exoplanetary impact ejecta", publicerades i den vetenskapliga tidskriften Astrobiologi och dök nyligen upp online. Det leddes av Gianni Cataldi, en forskare från Stockholms universitets Astrobiologicentrum. Han förenades av forskare från LESIA-Observatoire de Paris, Southwest Research Institute (SwRI), Royal Institute of Technology (KTH) och European Space Research and Technology Center (ESA / ESTEC).
Som de indikerar i sin studie har de flesta ansträngningar för att karakterisera exoplanet-biosfärer fokuserat på planeternas atmosfärer. Detta består av att leta efter bevis på gaser som är förknippade med livet här på jorden - t.ex. koldioxid, kväve etc. - såväl som vatten. Som Cataldi berättade för Space Magazine via e-post:
”Vi vet från jorden att livet kan ha en stark inverkan på atmosfärens sammansättning. Till exempel är allt syre i vår atmosfär av biologiskt ursprung. Även syre och metan är starkt ur kemisk jämvikt på grund av närvaron av liv. För närvarande är det ännu inte möjligt att studera den atmosfäriska sammansättningen av jordliknande exoplaneter, men en sådan mätning förväntas bli möjlig inom överskådlig framtid. Således är atmosfäriska biosignaturer det mest lovande sättet att söka efter utomjordiskt liv. ”
Cataldi och hans kollegor övervägde dock möjligheten att karakterisera en planets brukbarhet genom att leta efter tecken på effekter och undersöka ejecta. En av fördelarna med detta tillvägagångssätt är att ejecta undviker lägre gravitationskroppar, som steniga planeter och månar, med största lättnad. Atmosfärerna i dessa typer av kroppar är också mycket svåra att karakterisera, så denna metod skulle möjliggöra karakteriseringar som annars inte skulle vara möjliga.
Och som Cataldi antydde skulle det också vara ett komplement till den atmosfäriska strategin på flera sätt:
”Först, desto mindre exoplanet, desto svårare är det att studera sin atmosfär. Tvärtom, mindre exoplaneter producerar större mängder utkommande ejecta eftersom deras yttyngd är lägre, vilket gör ejecta från mindre exoplanet lättare att upptäcka. För det andra, när vi tänker på biosignaturer i impact ejecta, tänker vi främst på vissa mineraler. Detta beror på att livet kan påverka mineralogin på en planet antingen indirekt (t.ex. genom att ändra atmosfärens sammansättning och därmed låta nya mineraler bildas) eller direkt (genom att producera mineraler, t.ex. skelett). Påverkan ejecta skulle alltså göra det möjligt för oss att studera en annan typ av biosignatur, komplement till atmosfäriska signaturer. ”
En annan fördel med denna metod är det faktum att det utnyttjar befintliga studier som har undersökt effekterna av kollisioner mellan astronomiska objekt. Till exempel har flera studier genomförts som har försökt att sätta begränsningar för den jättepåverkan som tros ha bildat Earth-Moon-systemet för 4,5 miljarder år sedan (alias Giant Impact Hypothesis).
Medan sådana gigantiska kollisioner tros ha varit vanliga under det sista skedet av markbunden planetbildning (varar i ungefär 100 miljoner år), fokuserade teamet på effekter av asteroida eller kometära organ, som tros uppstå under en exoplanetärs livstid systemet. Förlita sig på dessa studier kunde Cataldi och hans kollegor skapa modeller för exoplanet ejecta.
Som Cataldi förklarade, använde de resultaten från effektskraterlitteraturen för att uppskatta mängden ejecta som skapats. För att uppskatta signalstyrkan för cirkumstellariska dammskivor skapade av ejecta, använde de resultaten från skräpskivan (dvs extrasolära analoger från solsystemets huvudsakliga asteroidbälte) litteratur. I slutändan blev resultaten ganska intressanta:
”Vi fann att en påverkan av en kropp på 20 km i diameter ger tillräckligt med damm för att detekteras med nuvarande teleskop (för jämförelse är dock storleken på slagkraften som dödade dinosaurierna för 65 miljoner år sedan) cirka 10 km. Att studera sammansättningen av det utkastade dammet (t.ex. sökning efter biosignaturer) är dock inte inom räckhåll för aktuella teleskop. Med andra ord, med nuvarande teleskop kunde vi bekräfta förekomsten av utkastat damm, men inte studera dess sammansättning. ”
Kort sagt, studier av material som matats ut från exoplaneter ligger inom vårt räckhåll och förmågan att studera dess sammansättning en dag kommer att göra det möjligt för astronomer att kunna karakterisera geologin hos en exoplanet - och därmed sätta mer exakta begränsningar för dess potentiella livsmiljö. För närvarande tvingas astronomer att göra utbildade gissningar om en planets sammansättning baserat på dess uppenbara storlek och massa.
Tyvärr är en mer detaljerad studie som kan bestämma närvaron av biosignaturer i ejecta för närvarande inte möjlig, och kommer att vara mycket svår för ens nästa generations teleskop som James Webb rymdteleskop (JWSB) eller Darwin. Under tiden presenterar studiet av ejecta från exoplaneter några mycket intressanta möjligheter när det gäller exoplanetstudier och karakterisering. Som Cataldi antydde:
”Genom att studera ejecta från en effekthändelse, kunde vi lära oss något om exoplanets geologi och levnadsförmåga och potentiellt upptäcka en biosfär. Metoden är det enda sättet jag vet att få tillgång till en exoplanet. I denna mening kan påverkan ses som ett borrexperiment som tillhandahålls av naturen. Vår studie visar att damm som produceras i en slaghändelse i princip är detekterbart, och framtida teleskop kanske kan begränsa dammets sammansättning, och därför planetens sammansättning. ”
Under de kommande decennierna kommer astronomer att studera extra solplaneter med instrument för att öka känsligheten och kraften i hopp om att hitta indikationer på livet. Med tanke på tid kan man söka efter biosignaturer i skräpet kring exoplaneter skapade av asteroidpåverkan tillsammans med sökare efter atmosfäriska biosignaturer.
Med dessa två metoder kombinerade kan forskare med större säkerhet säga att avlägsna planeter inte bara kan stödja livet utan aktivt gör det!
