De siste årene har antall ekstrasolplaneter oppdaget rundt den nærliggende M-typen (røde dvergstjerner) vokst betydelig. I mange tilfeller har disse bekreftede planetene vært ”jordlignende”, noe som betyr at de er landlige (også kalt steinete) og kan sammenlignes i størrelse med jorden. Disse funnene har vært spesielt spennende siden røde dvergstjerner er de vanligste i universet - og står for 85% av stjernene i Melkeveien alene.
Dessverre er det utført mange studier på sent som indikerer at disse planetene kanskje ikke har de nødvendige forutsetningene for å støtte livet. Det siste kommer fra Harvard University, der postdoktor Manasvi Lingam og professor Abraham Loeb demonstrerer at planeter rundt stjerner av M-type kanskje ikke får nok stråling fra stjernene sine til at fotosyntese skal skje.
Enkelt sagt antas livet på jorden å ha oppstått for mellom 3,7 og 4,1 milliarder år siden (under den sene Hadean eller den tidlige arkeiske Eon), i en tid da planetens atmosfære ville vært giftig for livet i dag. For mellom 2,9 og 3 milliarder år siden begynte fotosyntetiserende bakterier å vises og begynte å berike atmosfæren med oksygengass.
Som et resultat opplevde Jorden det som er kjent som "den store oksidasjonshendelsen" for rundt 2,3 milliarder år siden. I løpet av denne tiden konverterte fotosyntetiske organismer gradvis Jordens atmosfære fra en hovedsakelig sammensatt av karbondioksid og metan til en som består av nitrogen og oksygengass (henholdsvis 78% og 21%).
Interessant nok antas andre former for fotosyntese å ha dukket opp enda raskere enn klorofyllfotosyntese. Disse inkluderer retinal fotosyntese, som dukket opp ca. For 2,5 til 3,7 milliarder år siden og eksisterer fortsatt i begrensede nisjemiljøer i dag. Som navnet antyder, er denne prosessen avhengig av netthinn (en type lilla pigment) for å absorbere solenergi i den gulgrønne delen av det synlige spekteret (400 til 500 nm).
Det er også anoksygenisk fotosyntese (der karbondioksid og to vannmolekyler blir behandlet for å lage formaldehyd, vann og oksygengass), som antas å predate oksygenisk fotosyntese helt. Hvordan og når forskjellige typer fotosyntese dukket opp er nøkkelen til å forstå når livet på jorden begynte. Som professor Loeb forklarte til Space Magazine via e-post:
“Fotosyntese” betyr “å sette sammen” (syntese) etter lys (foto). Det er en prosess som brukes av planter, alger eller bakterier for å konvertere sollys til kjemisk energi som driver drivstoff for deres aktiviteter. Den kjemiske energien lagres i karbonbaserte molekyler, som syntetiseres fra karbondioksid og vann. Denne prosessen frigjør ofte oksygen som et biprodukt, som er nødvendig for vår eksistens. Totalt sett tilfører fotosyntesen alle organiske forbindelser og mesteparten av energien som er nødvendig for livet slik vi kjenner det på planeten Jorden. Fotosyntese oppstod relativt tidlig i jordas evolusjonshistorie. ”
Studier som disse, som undersøker rollen som fotosyntesen spiller, er ikke bare viktige fordi de hjelper oss å forstå hvordan livet vokste fram på jorden. I tillegg kan de også bidra til å informere vår forståelse av om liv kan oppstå på ekstrasolplaneter, og under hvilke forhold dette kan skje.
Studien deres, med tittelen “Fotosyntesen om beboelige planeter rundt stjerner med lav masse”, dukket nylig opp online og ble sendt til Månedlige merknader fra Royal Astronomical Society. For undersøkelsens skyld søkte Lingam og Loeb å begrense fotonstrømmen til stjerner av M-type for å bestemme om fotosyntesen er mulig på bakkeplaneter som går i bane rundt røde dvergstjerner. Som Loeb uttalte:
”I vår artikkel undersøkte vi om fotosyntese kan forekomme på planeter i den beboelige sonen rundt stjerner med lav masse. Denne sonen er definert som avstanden fra stjernen der overflatetemperaturen til planeten gir rom for flytende vann og livets kjemi slik vi kjenner den. For planeter i den sonen beregnet vi den ultrafiolette (UV) fluksen som opplyste overflaten deres som en funksjon av massen til vertsstjernen. Stjerner med lav masse er kjøligere og produserer mindre UV-fotoner per mengde stråling. ”
I samsvar med nylige funn som involverer røde dvergstjerner, fokuserte studien på "Jordanaloger", planeter som har de samme grunnleggende fysiske parametrene som Jorden - dvs. radius, masse, sammensetning, effektiv temperatur, albedo, etc. Siden de teoretiske grensene for fotosyntesen rundt andre stjerner er ikke godt forstått, de arbeidet også med de samme grensene som på jorden - mellom 400 til 750 nm.
Fra dette beregnet Lingam og Loeb at stjerner med lav masse av M-type ikke ville være i stand til å overskride den minimale UV-fluksen som er nødvendig for å sikre en biosfære som tilsvarer jorden. Som Loeb illustrerte:
“Dette innebærer at de beboelige planetene som ble oppdaget de siste årene rundt de nærliggende dvergstjernene, Proxima Centauri (nærmeste solstjerne, 4 lysår unna, 0,12 solmasser, med en beboelig planet, Proxima b) og TRAPPIST-1 ( 40 lysår unna, 0,09 solmasser, med tre beboelige planeter TRAPPIST-1e, f, g), har sannsynligvis ikke en jordlignende biosfære. Mer generelt er det lite sannsynlig at de spektroskopiske studiene av sammensetningen av atmosfærene til planeter som transporterer stjernene (som TRAPPIST-1), sannsynligvis ikke vil finne biomarkører, som oksygen eller ozon, på påviselige nivåer. Hvis oksygen blir funnet, vil det sannsynligvis være ikke-biologisk. "
Naturligvis er det grenser for denne typen analyse. Som tidligere nevnt indikerer Lingam og Loeb at de teoretiske grensene for fotosyntesen rundt andre stjerner ikke er velkjente. Inntil vi lærer mer om planetariske forhold og strålingsmiljøet rundt stjerner av M-type, vil forskere bli tvunget til å bruke beregninger basert på vår egen planet.
For det andre er det også det faktum at stjerner av M-typen er varierende og ustabile sammenlignet med solen vår og opplever periodiske oppblussinger. Med henvisning til annen forskning indikerer Lingam og Loeb at disse kan ha både positive og negative effekter på en klodens biosfære. Kort sagt, stellare fakler kan gi ekstra UV-stråling som kan bidra til å utløse prebiotisk kjemi, men også kan være skadelig for en planetens atmosfære.
Ikke desto mindre, ved å forhindre mer intensive studier av ekstrasolare planeter som går i bane rundt røde dvergstjerner, er forskere tvunget til å stole på teoretiske vurderinger av hvor sannsynlig livet vil være på disse planetene. Når det gjelder funnene som ble presentert i denne studien, er de nok en indikasjon på at røde dvergstjernersystemer kanskje ikke er det mest sannsynlige stedet å finne beboelige verdener på.
Hvis sant, kan disse funnene også ha drastiske implikasjoner i Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI). "Siden oksygenet som produseres ved fotosyntese er en forutsetning for komplekst liv som mennesker på jorden, vil det også være nødvendig for teknologisk intelligens å utvikle seg," sa Loeb. "I sin tur åpner fremveksten av sistnevnte muligheten for å finne liv via teknologiske signaturer som radiosignaler eller gigantiske gjenstander."
Foreløpig fortsetter letingen etter beboelige planeter og livet å bli informert av teoretiske modeller som forteller oss hva vi skal være på utkikk etter. Samtidig er disse modellene fortsatt basert på "livet slik vi kjenner det" - dvs. å bruke jordanaloger og landjordarter som eksempler. Heldigvis forventer astronomer å lære mye mer de kommende årene takket være utviklingen av neste generasjons instrumenter.
Jo mer vi lærer om eksoplanetsystemer, desto mer sannsynlig vil vi være å bestemme om de er beboelige eller ikke. Men til slutt vet vi ikke hva annet vi burde se etter før vi faktisk finner det. Slik er det store paradokset når det gjelder letingen etter utenomjordisk intelligens, for ikke å snakke om det andre store paradokset (slå det opp!).
