Планеты в зоне абиогенеза могут быть обитаемы

Исследователи из Кембриджского университета и Лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследования (MRC LMB) пришли к неожиданным выводам, они обнаружили, что шансы на развитие жизни на поверхности скалистой планеты, такой как Земля, связаны с типом и силой света, выделяемой ее звездой-хозяйкой. Научная работа была опубликована в журнале Science Advances.

Новая гипотеза предполагает, что звезды, которые выделяют достаточно высокий уровень ультрафиолетового излучения (УФ), могут породить жизнь на своих орбитальных планетах тем же самым образом, как это произошло на Земле, где УФ-излучение дало ряд химических реакций, которые произвели строительные блоки для зарождения жизни.

Исследователи выявили целый ряд планет в зоне обитаемости, на которых может существовать вода, где ультрафиолетовый свет от их звезды-хозяина достаточен для того, чтобы подобные химические реакции имели место.

«Эта работа позволяет нам значительно сузить диапазон мест для поиска жизни», — сказал доктрор Пол Риммер, докторант-исследователь из Лаборатории Кавендиша Кембриджа, первый автор статьи. «Все это приближает нас к ответу на вопрос — едины ли мы во вселенной».

Новый документ является результатом постоянного сотрудничества между лабораторией Кавендиша и LMB MRC, объединяющей исследования органической химии и экзопланеты. Он основывается на работе профессора Джона Сазерленда, соавтора по текущему докладу, который изучает химическое происхождение жизни на Земле.

В документе, опубликованном в 2015 году, группа профессора Сазерленда в MRC LMB предложила, что цианид, хоть и является смертельным ядом, на самом деле был ключевым ингредиентом в изначальном наборе ингредиентов, из которого возникла вся жизнь на Земле.

Согласно этой гипотезе углерод из метеоритов, которые врезались в молодую Землю, взаимодействовал с азотом в атмосфере, что приводило к образованию цианида водорода. Цианид водорода попадал на поверхность, где вступал во взаимодействие с другими элементами различными способами, питаясь ультрафиолетовым светом от солнца. Химикаты, полученные в результате этих взаимодействий генерировали строительные блоки РНК, близкий родственник ДНК, который, по мнению большинства биологов был первой молекулой жизни, несущей в себе информацию.

В лаборатории группа Сазерленда воссоздала эти химические реакции под ультрафиолетовыми лампами и породила предшественников липидов, аминокислот и нуклеотидов, всех элементов, которые являются важными компонентами живых клеток.

«Мы часто используем их как химики, но о природе этих элементов я впервые задумался будучи астрономом», — сказал Риммер. «Для начала я начал измерять количество фотонов, излучаемых под лампами, а затем понял, что сравнение этого света со светом разных звезд было простым и очевидным следующим шагом эксперимента».

Обе группы ученых провели серию лабораторных экспериментов для измерения того, насколько быстро строительные блоки жизни могут быть образованы из цианида водорода и ионов сернистого водорода в воде при воздействии ультрафиолетового излучения. Затем они провели тот же эксперимент в отсутствие света.

«Существует химия, которая происходит в темноте: она медленнее, чем химия, которая происходит на свету, но она есть», — сказал главный автор исследования профессор Дидье Келоз из лаборатории Кавендиша. «Нам нужно было понять, сколько именно света потребуется для того, чтобы химические реакции происходили быстрее нежели в темноте».

Тот же эксперимент, который проводился в темноте с цианидом водорода и сульфитом водорода, приводил к инертному соединению, которое не могло быть использовано для формирования строительных блоков жизни, в то время как эксперимент, проведенный под воздействия света приводил к процессам необходимым для образования строительных блоков.

Затем исследователи сравнили химию под светом с химией в темноте с ультрафиолетовым излучением разных звезд. Было спроектировано примерно то же самое количество ультрафиолетового света, доступного для планет на орбите вокруг этих звезд, чтобы определить, где именно возникнут химические процессы.

В итоге ученые обнаружили, что звезды примерно той же температуры, что и наше Солнце, излучают достаточно света для того, чтобы строительные блоки жизни образовались на поверхности их планет. С другой стороны, холодные звезды не создают достаточного света для формирования этих строительных блоков, за исключением тех случаев, когда у них есть частые мощные солнечные вспышки, которые позволяют химическим процессам происходить постепенно. Выяснилось, что планеты, которые получают достаточно света для активации химических процессов и могут иметь жидкую воду на своей поверхности, находятся в так называемой зоне абиогенеза.

Так, среди известных экзопланет, которые находятся в зоне абиогенеза, находятся несколько планет, обнаруженных телескопом «Кеплер», в том числе Кеплер 452b — планета, которую прозвали «кузеном» Земли, хотя она слишком далека для зондирования с использованием современных технологий. Ученые полагают, что телескопы следующего поколения, такие как телескопы NASA TESS и James Webb смогут идентифицировать и потенциально охарактеризовать многие другие планеты, которые лежат в зоне абиогенеза. При этом они не исключают, что если на других планетах есть жизнь, то она развивается или будет развиваться совершенно иначе, чем на Земле.

«Я не уверен, что процент обнаружения жизни велик, но учитывая, что у нас есть только один пример, имеет смысл искать места, которые наиболее всего походят на нашу планету», — сказал Риммер. «Существует важное различие между тем, что необходимо и тем, что является достаточным. Необходимы строительные блоки, но их может быть недостаточно: возможно где-то они стыкуются в течение миллиардов лет, но все равно ничего не происходит. Но у нас все равно есть желание посмотреть на места, где возможно существование подобных процессов».

Согласно последним оценкам, в наблюдаемой Вселенной насчитывается 700 миллионов триллионов планет земного типа земных. «Получение хоть какого-то представления о том, что на какой-нибудь из них происходят процессы образования жизни чарует меня», — отметил Сазерленд. «Конечно, существование подобных процессов далеко еще не означает высокую вероятность существования жизни, но мы и дальше будем стремиться к поиску ответа на вопрос одиноки ли мы во Вселенной».