Under de senaste åren har antalet extra-solplaneter upptäckt i närheten av M-typen (röda dvärgstjärnor) ökat avsevärt. I många fall har dessa bekräftade planeter varit ”jordliknande”, vilket innebär att de är markbundna (alias steniga) och jämförbara i storlek med jorden. Dessa fynd har varit särskilt spännande eftersom röda dvärgstjärnor är de vanligaste i universum - och står för 85% av stjärnorna i Vintergatan ensam.
Tyvärr har många studier genomförts sent som tyder på att dessa planeter kanske inte har de nödvändiga förutsättningarna för att stödja livet. Det senaste kommer från Harvard University, där postdoktor forskaren Manasvi Lingam och professor Abraham Loeb visar att planeter runt stjärnor av M-typ kanske inte får tillräckligt med strålning från sina stjärnor för att fotosyntes ska kunna inträffa.
Enkelt uttryckt anses livet på jorden ha uppstått mellan 3,7 och 4,1 miljarder år sedan (under den sena Hadean eller tidiga Archean Eon), vid en tidpunkt då planetens atmosfär skulle ha varit giftig för livet idag. Mellan 2,9 och 3 miljarder år sedan började fotosyntetiserande bakterier dyka upp och började berika atmosfären med syrgas.
Som ett resultat upplevde Jorden det som kallas ”den stora oxidationshändelsen” för cirka 2,3 miljarder år sedan. Under denna tid konverterade fotosyntetiska organismer gradvis Jordens atmosfär från en sammansatt huvudsakligen av koldioxid och metan till en som består av kväve och syregas (~ 78% respektive 21%).
Intressant nog tros andra former av fotosyntes ha kommit ännu tidigare än klorofyllfotosyntes. Dessa inkluderar retinal fotosyntes, som framkom ca. 2,5 till 3,7 miljarder år sedan och finns fortfarande i begränsade nischmiljöer idag. Som namnet antyder förlitar sig denna process på näthinnan (en typ av lila pigment) för att absorbera solenergi i den gulgröna delen av det synliga spektrumet (400 till 500 nm).
Det finns också anoxygenisk fotosyntes (där koldioxid och två vattenmolekyler behandlas för att skapa formaldehyd, vatten och syregas), som tros förutse syre-fotosyntes helt. Hur och när olika typer av fotosyntes framträdde är nyckeln till att förstå när livet på jorden började. Som professor Loeb förklarade till Space Magazine via e-post:
"Fotosyntes" betyder "att sätta ihop" (syntes) med ljus (foto). Det är en process som används av växter, alger eller bakterier för att omvandla solljus till kemisk energi som bränsle deras aktiviteter. Den kemiska energin lagras i kolbaserade molekyler som syntetiseras från koldioxid och vatten. Denna process frigör ofta syre som en biprodukt, vilket är nödvändigt för vår existens. Sammantaget tillhandahåller fotosyntes alla organiska föreningar och det mesta av den energi som är nödvändig för livet som vi känner till på jorden. Fotosyntes uppstod relativt tidigt i jordens evolutionära historia. ”
Studier som dessa, som undersöker den roll som fotosyntes spelar, är inte bara viktiga eftersom de hjälper oss att förstå hur livet växte fram på jorden. Dessutom kan de också hjälpa till att informera vår förståelse för huruvida liv kan uppstå på extrasolplaneter, eller under vilka förhållanden detta kan äga rum.
Deras studie, med titeln "Fotosyntes om bebyggliga planeter runt stjärnor med låg massa", dykte nyligen upp online och överlämnades till Månadsmeddelanden från Royal Astronomical Society. För studiens skull försökte Lingam och Loeb begränsa fotonflödet av stjärnor av M-typ för att bestämma om fotosyntes är möjlig på markplaneter som kretsar runt röda dvärgstjärnor. Som Loeb uttalade:
”I vårt papper undersökte vi om fotosyntes kan förekomma på planeter i den bebodda zonen runt stjärnor med låg massa. Denna zon definieras som avståndet från stjärnan där planetens yttemperatur möjliggör förekomsten av flytande vatten och livets kemi som vi känner till. För planeter i den zonen beräknade vi det ultravioletta (UV) flödet som upplyste deras yta som en funktion av deras värdstjärns massa. Stjärnor med låg massa är svalare och producerar mindre UV-fotoner per strålmängd. ”
I överensstämmelse med de senaste fynd som involverar röda dvärgstjärnor fokuserade deras studie på "Jorden-analoger", planeter som har samma grundläggande fysiska parametrar som Jorden - dvs. radie, massa, sammansättning, effektiv temperatur, albedo, etc. Sedan de teoretiska gränserna för fotosyntesen runt andra stjärnor är inte väl förstått, de arbetade också med samma gränser som de på jorden - mellan 400 till 750 nm.
Utifrån detta beräknade Lingam och Loeb att stjärnor med låg massa av M-typ inte skulle kunna överskrida det minsta UV-flöde som krävs för att säkerställa en biosfär som liknar jorden. Som Loeb illustrerade:
”Detta innebär att de bebodda planeterna som upptäckts under de senaste åren runt de närliggande dvärgstjärnorna, Proxima Centauri (närmaste stjärna till solen, 4 ljusår bort, 0,12 solmassor, med en beboelig planet, Proxima b) och TRAPPIST-1 ( 40 ljusår bort, 0,09 solmassor, med tre bebodda planeter TRAPPIST-1e, f, g), har förmodligen inte en jordliknande biosfär. Mer generellt är det osannolikt att de spektroskopiska studierna av sammansättningen av atmosfärerna av planeter som transporterar sina stjärnor (som TRAPPIST-1) troligtvis hittar biomarkörer, såsom syre eller ozon, vid påvisbara nivåer. Om syre hittas är det troligt att dess ursprung är icke-biologiskt. ”
Naturligtvis finns det gränser för denna typ av analys. Som tidigare noterats indikerar Lingam och Loeb att de teoretiska gränserna för fotosyntes runt andra stjärnor inte är välkända. Tills vi lär oss mer om planetariska förhållanden och strålningsmiljön kring stjärnor av M-typ, kommer forskare att tvingas använda mätvärden baserade på vår egen planet.
För det andra finns det också det faktum att stjärnor av M-typ är variabla och instabila jämfört med vår sol och upplever periodiska uppblåsningar. Med hänvisning till annan forskning tyder Lingam och Loeb på att dessa kan ha både positiva och negativa effekter på planetens biosfär. Kort sagt, stellar-facklor kan ge ytterligare UV-strålning som skulle hjälpa till att utlösa prebiotisk kemi, men som också kan vara skadligt för en planetens atmosfär.
Icke desto mindre, utesluter mer intensiva studier av extrasolära planeter som kretsar runt röda dvärgstjärnor, måste forskare lita på teoretiska bedömningar av hur troligt livet skulle vara på dessa planeter. När det gäller de resultat som presenterades i denna studie är de ännu en indikation på att röda dvärgstjärnsystem kanske inte är det mest troliga stället att hitta bebobara världar.
Om det är sant kan dessa fynd också ha drastiska konsekvenser i SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence). "Eftersom syre som produceras genom fotosyntes är en förutsättning för komplexa liv som människor på jorden, kommer det också att krävas för teknisk intelligens att utvecklas," sade Loeb. "I sin tur öppnar det senare möjligheten att hitta liv via tekniska signaturer som radiosignaler eller jätteföremål."
För tillfället fortsätter sökningen efter bebodda planeter och livet att informeras av teoretiska modeller som säger vad vi ska vara på jakt efter. Samtidigt bygger dessa modeller fortfarande på ”liv som vi känner till det” - dvs att använda jordanaloger och jordart som exempel. Lyckligtvis förväntar sig astronomer att lära sig mycket mer under de kommande åren tack vare utvecklingen av nästa generations instrument.
Ju mer vi lär oss om exoplanetssystem, desto mer sannolikt kommer vi att bestämma om de är beboeliga eller inte. Men i slutändan vet vi inte vad vi borde leta efter förrän vi faktiskt hittar det. Sådan är den stora paradoxen när det gäller sökandet efter utomjordisk intelligens, för att inte tala om den andra stora paradoxen (slå upp!).
