Sedan Kepler rymdteleskop lanserades ut i rymden, har antalet kända planeter bortom vårt solsystem (exoplaneter) ökat exponentiellt. För närvarande har 3 917 planeter bekräftats i 2 918 stjärnsystem, medan 3 368 väntar på bekräftelse. Av dessa är cirka 50 omloppsbana inom deras stjärns omgivande bebyggda zon (alias "Goldilocks Zone"), avståndet till vilket flytande vatten kan existera på en planets yta.
Ny forskning har dock väckt möjligheten att vi anser vara en bebörlig zon är för optimistisk. Enligt en ny studie som nyligen dök upp på nätet, med titeln ”En begränsad livsmässig zon för komplexa liv”, kan bebyggbara zoner vara mycket smalare än vad man ursprungligen trodde. Dessa fynd kan ha en drastisk inverkan på antalet planeter som forskare anser vara ”potentiellt bebodda”.
Studien leddes av Edward W. Schwieterman, en NASA postdoktorell programmedlem vid University of California, Riverside, och inkluderade forskare från Alternative Earths Team (del av NASA Astrobiology Institute), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), och NASA Goddard Institute for Space Studies.
Enligt tidigare uppskattningar baserade på Kepler data, drog forskare att det troligtvis finns 40 miljarder jordliknande planeter i Vintergalaksen ensam, varav 11 miljarder sannolikt kommer att kretsa som stjärnor vår sol (dvs gula dvärgar av G-typ). Annan forskning har visat att detta antal kan vara så högt som 60 miljarder eller till och med 100 miljarder, beroende på de parametrar vi använder för att definiera bebörliga zoner.
Dessa resultat är verkligen uppmuntrande, eftersom de antyder att Vintergatan kan vara full av liv. Tyvärr har nyare forskning om extrasolplaneter tvivlat på dessa tidigare uppskattningar. Detta är särskilt fallet när tidigt låsta planeter som kretsar runt M-stjärnor (röd dvärg) stjärnor är berörda.
Dessutom har forskning om hur livet utvecklats på jorden visat att vatten ensamt inte garanterar liv - och inte heller för närvaron av syregas. Vidare övervägde Schwieterman och hans kollegor två andra stora biosignaturer som är väsentliga för livet som vi känner det - koldioxid och kolmonoxid.
För mycket av dessa föreningar skulle vara giftiga för komplexa liv, medan för lite skulle innebära att tidiga prokaryoter inte skulle dyka upp. Om liv på jorden är någon indikation, är grundläggande livsformer viktiga om mer komplexa, syreförbrukande livsformer ska utvecklas. Av denna anledning försökte Schwieterman och hans kollegor att revidera definitionen av en bebyggelig zon för att ta hänsyn till detta.
För att vara rättvis är det aldrig lätt att beräkna omfattningen av en beboelig zon. Förutom deras avstånd från sin stjärna beror ytans temperatur på en planet av olika återkopplingsmekanismer i atmosfären - till exempel växthuseffekten. Dessutom antar den konventionella definitionen av en bebörlig zon förekomsten av "jordliknande" förhållanden.
Detta innebär en atmosfär som är rik på kväve, syre, koldioxid och vatten, och stabiliseras genom samma karbonatsilikat-geokemiska cykelprocess som finns på jorden. I denna process orsakar sedimentering och väderträdning silikatbergarter att bli kolhaltiga medan geologisk aktivitet gör att kolbergarter blir silikatbaserade igen.
Detta leder till en återkopplingsslinga som säkerställer att koldioxidnivåerna i atmosfären förblir relativt stabila, vilket möjliggör en ökning av yttemperaturer (även växthuseffekten). Ju närmare planeten den inre kanten av den bebörliga zonen är, desto mindre koldioxid behövs för att detta ska hända. Som Schwieterman förklarade i en ny artikel av MIT Technology Review:
"Men för de mellersta och yttre regionerna i den bebodda zonen måste atmosfäriska koldioxidkoncentrationer vara mycket högre för att bibehålla temperaturer som bidrar till flytande ytvatten."
För att illustrera använde teamet Kepler-62f som ett exempel, en superjord som kretsar runt en K-typstjärna (något mindre och mörkare än vår sol) som ligger cirka 990 ljusår från jorden. Denna planet kretsar runt sin stjärna på ungefär samma avstånd som Venus gör solen, men den lägre massan av stjärnan betyder att den ligger på ytterkanten av den bebodda zonen.
När den upptäcktes 2013 ansågs denna planet vara en bra kandidat för utomjordiskt liv, förutsatt att det finns en tillräcklig växthuseffekt. Emellertid beräknade Schwieterman och hans kollegor att det skulle ta 1 000 gånger mer koldioxid (300 till 500 kilopascal) än vad som fanns på jorden när komplexa livsformer först utvecklades (cirka 1,85 miljarder år sedan).
Men denna mängd koldioxid skulle vara giftig för de flesta komplexa livsformer här på jorden. Som ett resultat skulle Kepler-62f inte vara en lämplig kandidat för livet även om den var tillräckligt varm för att ha flytande vatten. När de väl hade tagit del av dessa fysiologiska begränsningar drog Schwieterman och hans team slutsatsen att den bebodda zonen för komplexa liv måste vara betydligt smalare - en fjärdedel av vad som tidigare beräknades.
Schwieterman och hans kollegor beräknade också att vissa exoplaneter troligen har högre nivåer av kolmonoxid eftersom de går i svala stjärnor. Detta sätter en betydande begränsning för de bebyggliga zonerna för röda dvärgstjärnor, som råkar stå för 75% av stjärnorna i universum - och som tros vara det mest troliga stället att hitta planeter som är markbundna (dvs steniga) i naturen.
Dessa fynd kan ha drastiska konsekvenser för vad forskare anser vara ”potentiellt bebodda”, för att inte tala om gränserna för en stjärnas bebodda zon. Som Schwieterman förklarade:
"En implikation är att vi kanske inte förväntar oss att hitta tecken på intelligent liv eller teknosignaturer på planeter som kretsar kring sena M-dvärgar eller på potentiellt bebodda planeter nära ytterkanten av deras bebyggda zoner."
För att komplicera frågorna ytterligare är denna studie en av flera som sätter ytterligare begränsningar för vad som kan betraktas som bebodda planeter för sent. Enbart i 2019 har forskning genomförts som visar hur röda dvärgstjärnsystem kanske inte har de nödvändiga råvarorna för att livet ska bildas, och att röda dvärgstjärnor kanske inte tillhandahåller tillräckligt med fotoner för att fotosyntes ska kunna inträffa.
Allt detta bidrar till den distinkta möjligheten att livet i vår galax kan vara sällsyntare än tidigare trott. Men naturligtvis kräver fler studier att veta med viss säkerhet vad gränserna för tillväxt är. Lyckligtvis behöver vi inte vänta för länge för att ta reda på det, eftersom flera nästa generations teleskop kommer att tas i drift under det kommande decenniet.
Dessa inkluderar James Webb rymdteleskop (JWST), den Extremt stort teleskop (ELT) och Giant Magellan Telescope (GMT). Dessa och andra banbrytande instrument förväntas möjliggöra mycket mer detaljerade studier och karakterisering av exoplaneter. Och när de gör det kommer vi att få en bättre uppfattning om hur troligt livet är där ute.
