Подпишитесь на научную рассылку Wonder Theory от CNN. Исследуйте вселенную с новостями о захватывающих открытиях, научных достижениях и многом другом.
Группа астрономов обнаружила то, что они называют наиболее многообещающими на сегодняшний день признаками возможной биосигнатуры, или признаков прошлой или настоящей жизни, связанной с биологической активностью, на экзопланете под названием K2-18b. Однако авторы исследования и другие эксперты остаются осторожными и не заявляют об окончательном открытии жизни за пределами нашей планеты.
Используя космический телескоп Джеймса Уэбба, команда обнаружила химические отпечатки в атмосфере K2-18b, которые предполагают присутствие диметилсульфида или DMS, и потенциально диметилдисульфида или DMDS. На Земле обе молекулы производятся только микробной жизнью, как правило, морским фитопланктоном.
Исследование, подробно описывающее результаты, было опубликовано в четверг в The Astrophysical Journal Letters.
K2-18b, расположенный в 124 световых годах от Земли, может быть миром Hycean: потенциально пригодной для жизни планетой, полностью покрытой жидкой водой с богатой водородом атмосферой, сказал ведущий автор исследования Никку Мадхусудхан, профессор астрофизики и экзопланетологии в Институте астрономии Кембриджского университета.
Мадхусудхан и его коллеги впервые выдвинули концепцию хикейских миров в 2021 году, определив, что на K2-18b могут быть океаны с жидкой водой.
Планета расположена в обитаемой зоне своей звезды, а это значит, что температура на планете и расстояние от звезды позволяют ей поддерживать жидкую воду на своей поверхности.
«Ранее теоретические работы предсказывали, что высокие уровни газов на основе серы, таких как DMS и DMDS, возможны на мирах Hycean», — сказал Мадхусудхан в заявлении. «И теперь мы это наблюдали, в соответствии с тем, что было предсказано. Учитывая все, что мы знаем об этой планете, мир Hycean с океаном, кишащим жизнью, — это сценарий, который лучше всего соответствует имеющимся у нас данным».
Обнаружения телескопа Уэбба
Вполне возможно, что молекулы были созданы в результате другого неизвестного химического процесса на планете, не требующего жизни.
Последние результаты основаны на предыдущих исследованиях той же группы астрономов, которые также обнаружили углекислый газ и метан в атмосфере планеты с помощью инструментов Webb's Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph и Near-Infrared Spectrograph. Команда сделала новое обнаружение с помощью инструмента Webb's Mid-Infrared Instrument.
«Это независимая линия доказательств, использующая другой инструмент, чем мы делали раньше, и другой диапазон длин волн света, где нет совпадений с предыдущими наблюдениями», — сказал Мадхусудхан. «Сигнал прошел сильный и четкий».
Но Мадхусудхан и его соавторы признают, что необходимо больше данных, прежде чем утверждать прямые доказательства жизни в другом мире. Команда считает, что последующие наблюдения в течение 16–24 часов с использованием Уэбба сделают это возможным.
«Важно, чтобы мы были глубоко (скептически) настроены по отношению к собственным результатам, потому что только путем повторных испытаний мы сможем достичь точки, в которой будем в них уверены», — сказал Мадхусудхан. «Вот как должна работать наука».
Однако другие эксперты полагают, что, хотя результаты обещают быть интересными, подтверждение существования жизни за пределами Земли — и даже решение о том, к какому типу экзопланеты относится K2-18b — потребует гораздо больше времени и данных.
Астрофизик Сара Сигер, профессор физики, планетологии, аэронавтики и астронавтики в Массачусетском технологическом институте, заявила, что независимые команды имеют совершенно разные интерпретации самой планеты. Сигер не принимала участия в новом исследовании.
«Некоторые предлагают мир Hycean, другие — горячий магматический океан — планету с расплавленной породой под богатой водородом атмосферой, которая настолько негостеприимна, насколько это вообще возможно, — а третьи видят в ней мини-Нептун», — сказал Сигер, имея в виду миры, которые больше Земли, но меньше Нептуна. Для справки, K2-18b в 8,6 раза массивнее и в 2,6 раза больше Земли.
Сигер полагает, что это открытие, предполагающее наличие кандидата на биосигнатуру, «останется в категории кандидатов на неопределенный срок».
«Почти 100 лет астрономы боролись с идеей, что определенные газы в атмосфере планеты «не принадлежат» — что они настолько реактивны, что не должны существовать без постоянного пополнения, возможно, жизнью», — сказал Сигер по электронной почте. «Эта идея восходит к Джеймсу Джинсу в 1930 году, который первым определил молекулярный кислород в атмосфере Земли как признак жизни и использовал похожую логику, чтобы установить ограничения на кислород в атмосфере Венеры. Теперь, когда в поле зрения тысячи экзопланет, соблазн переосмыслить ситуацию велик — и некоторые опережают события. Когда дело доходит до K2-18 b, энтузиазм опережает доказательства».
«Захватывающий» намек
Когда Мадхусудхан и его команда ранее наблюдали K2-18b, они обнаружили слабый сигнал, который может соответствовать гипотезе о том, что планета является миром Hycean.
«Мы не знали наверняка, был ли сигнал, который мы видели в прошлый раз, связан с DMS, но даже намек на него был достаточно воодушевляющим, чтобы мы еще раз взглянули на него с помощью JWST, используя другой инструмент», — сказал он.
У Уэбба есть наблюдательная способность заглядывать сквозь атмосферу экзопланет или планет за пределами нашей солнечной системы. Когда экзопланеты проходят перед своей звездой, с точки зрения Земли, свет движется через их атмосферу, позволяя Уэббу обнаруживать химические сигнатуры газов внутри них.
Авторы исследования утверждают, что диметилсульфид и диметилдисульфид, которые входят в одну и ту же химическую группу, имеют пересекающиеся характеристики, поэтому результаты не позволяют однозначно различить эти две молекулы, однако будущие наблюдения могут это сделать.
На Земле концентрации диметилсульфида и диметилдисульфида обычно ниже одной части на миллиард по объему. Однако команда оценивает присутствие этих молекул в тысячи раз сильнее на K2-18b.
«Вывод об этих молекулах биосигнатур ставит глубокие вопросы относительно процессов, которые могут их производить», — заявил в своем заявлении соавтор исследования Субхаджит Саркар, преподаватель астрономической группы Кардиффского университета в Уэльсе.
Эдди Швитерман, доцент кафедры астробиологии Калифорнийского университета в Риверсайде, «несколько скептически настроен, но очень заинтригован и взволнован тем, что будет дальше». Швитерман, который в прошлом изучал K2-18b, не принимал участия в новом исследовании.
Исследования его группы показали, что для поддержания обилия диметилсульфида в атмосфере K2-18b «требуется скорость его производства примерно в 20 раз превышающая скорость производства ДМС на Земле».
«Это высокая планка, но правдоподобная, учитывая, что локальные районы океанов Земли гораздо более продуктивны, чем в среднем по миру», — сказал он. «Этот порог также создает препятствие для отнесения потенциального DMS к абиотическим (небиологическим) источникам, поскольку эти абиотические источники должны быть намного больше любых известных».
Но Швитерман сказал, что сначала ученым нужно подтвердить, что диметилсульфид действительно присутствует в атмосфере K2-18b, что потребует проверки от нескольких независимых групп, которые изучают те же данные и анализируют их на предмет химической сигнатуры молекул. Мадхусудхан сказал, что данные, проанализированные исследовательской группой, будут опубликованы на следующей неделе, так что другие астрономы смогут сделать именно это.
Далее Швитерман хочет увидеть дополнительные наблюдения Уэбба с более высоким уровнем статистической значимости, чтобы увидеть, верна ли интерпретация присутствия диметилсульфида. Поиск сигнатур этих молекул в атмосферах других планет схожего размера в пределах обитаемых зон их звезд также помог бы, хотя это процесс, который займет годы.
«У меня есть (по крайней мере) одна причина для скептицизма, а именно: я бы ожидал присутствия этана (C2H6) в качестве сопутствующего DMS/DMDS, если бы эти газы присутствовали», — сказал он. «Это потому, что ультрафиолетовые лучи от звезды разложили бы DMS/DMDS на компоненты, которые, как мы предсказывали, должны были бы реагировать с образованием этана. Отсутствие этана заставляет меня думать, что мы что-то упустили. Возможно, наши модели неверны, или, возможно, DMS/DMDS там нет».
Швитерман считает, что предстоит проделать большую работу для подтверждения результатов и оценки гипотезы биосигнатуры, представленной в статье.
Порог жизни
Исследовательская группа, которая является автором новой статьи, утверждает, что наблюдения достигли уровня значимости в три сигмы или 0,3% вероятности того, что обнаружения произошли случайно. Для научного открытия наблюдения должны соответствовать порогу в пять сигм или быть ниже 0,00006% вероятности того, что наблюдения произошли случайно.
Хотя результаты не представляют собой четкого обнаружения диметилсульфида и диметилдисульфида, «это шаг в правильном направлении», — сказал доктор Дэвид Клементс, астрофизик из Имперского колледжа Лондона. Клементс не принимал участия в исследовании.
Мадхусудхан считает, что открытие его команды является «важной вехой в наших поисках жизни», которая открывает новую эру.
«По-моему, это уже не вопрос, найдем ли мы жизнь, если она существует», — сказал он. «Мы продемонстрировали, что у нас есть возможность сделать это с нашими первоначальными текущими открытиями на разумном уровне значимости. Более важный вопрос, по-моему, заключается в том, готовы ли мы как вид найти жизнь такой, какой мы ее не знаем. Мы как общество, как вид должны объединиться и задать себе вопрос: что именно составляет жизнь в другом месте?»
