Самый мощный космический телескоп всех времён и народов, наблюдая за далёкой экзопланетой, зафиксировал уникальные признаки, которые могут указывать на наличие внеземной жизни. Это открытие стало настоящей сенсацией, и учёные уже активно обсуждают его значение. Как удалось достичь такого открытия, и может ли таинственный водный мир K2-18b, наконец, дать ответ на один из древнейших вопросов человечества — существует ли жизнь за пределами Земли? Для любителей кино эта тема напоминает культовый фильм с участием Кевина Костнера, а для астрономов — это не просто вымысел, а реальный и многообещающий кандидат в области изучения внеземной жизни. Однако, стоит отметить, что пока планета, полностью покрытая огромными океанами, является лишь гипотезой. В космосе до сих пор нет явных доказательств существования таких миров, хотя учёные активно ищут их следы. И всё же, в пределах нашего космического окружения существуют планеты, которые теоретически могут обладать океанами и быть пригодными для жизни. Согласно современным представлениям о формировании планет, объекты, которые возникают на внешних участках протопланетных дисков, обычно на 50% состоят из воды и силикатов. Эти планеты можно сравнить с "грязными снежками", которые собирают в себе как твёрдые, так и жидкие вещества. Однако при определённых условиях такие планеты могут мигрировать ближе к своей звезде, где они под воздействием высоких температур превращаются в так называемые водные планеты, полностью покрытые океанами.
Одним из наиболее вероятных кандидатов на роль водной планеты является экзопланета GJ 1214b. Она привлекла внимание учёных благодаря данным, полученным с телескопа Хаббл, который показал, что её атмосфера в значительной степени состоит из водяного пара. Это свидетельствует о том, что на её поверхности может присутствовать вода в жидком виде. Однако не только GJ 1214b вызывает интерес учёных. В последние годы всё больше внимания уделяется K2-18b, которая также может скрывать тайны под своей плотной атмосферой. Экзопланета K2-18b была открыта в 2015 году и находится на расстоянии около 124 световых лет от Земли в системе красного карлика K2-18. При детальном изучении стало ясно, что эта планета может быть либо "суперземлёй", либо "мини-Нептуном". Однако важно понимать, что термин "суперземля" относится лишь к массе планеты и не даёт никаких указаний на её состав или условия на поверхности. Что касается "мини-Нептунов", то под этим термином подразумеваются газовые гиганты, которые меньше, чем Уран и Нептун, и обладают плотной водородно-гелиевой атмосферой.
Одним из ключевых открытий относительно K2-18b стало обнаружение водяного пара в её атмосфере. Это позволило предположить, что на её поверхности может присутствовать жидкая вода — один из ключевых факторов для существования жизни. После того как планета была детально изучена телескопами Hubble, Kepler и Spitzer, в 2023 году телескоп Джеймс Вебб провёл дополнительный спектроскопический анализ атмосферы K2-18b, и результаты оказались поистине впечатляющими. Ученые не исключают, что на этой планете могут быть условия, пригодные для жизни. Особый интерес у исследователей вызвали данные о наличии в атмосфере K2-18b таких соединений, как метан, углекислый газ и деметилсульфид (ДМС). Последнее соединение особенно важно, поскольку оно является биогенным — на Земле оно вырабатывается в основном морскими микроорганизмами, такими как планктон. Это открытие дало учёным надежду на то, что K2-18b может стать первой экзопланетой, на которой были обнаружены биологические процессы. Однако, несмотря на это открытие, учёные сохраняют осторожность. ДМС был обнаружен лишь после детального анализа данных, и необходимы дальнейшие исследования, чтобы подтвердить это предположение.
Команда исследователей во главе с Шанг Мин Цаем из Калифорнийского университета в Риверсайде провела моделирование возможной биохимии K2-18b. Учёные создали модели, в которых попытались смоделировать океан и атмосферу планеты, чтобы понять, сколько ДМС могли бы произвести потенциальные организмы, и каким образом это соединение могло бы накапливаться в атмосфере. Кроме того, исследователи оценили, насколько быстро ДМС разлагается под воздействием солнечного света и какие механизмы могут способствовать его сохранению в атмосфере. Результаты показали, что на планетах с водородной атмосферой, таких как K2-18b, биогенные соединения действительно могут накапливаться в атмосфере в заметных количествах. Однако для того чтобы концентрация ДМС достигла уровня, при котором его можно было бы обнаружить, производство этого вещества внеземными организмами должно быть в 20 раз выше, чем на Земле. Это связано с тем, что большая часть ДМС разрушается под воздействием солнечного света через фотохимические реакции. Тем не менее, если концентрация ДМС будет достаточно высокой, то продукты его распада могут создавать защитный слой, который предотвращает дальнейшее разрушение молекулы.
Интересно отметить, что Шанг Мин Цай и его команда высказали сомнение в том, что спектрометр NIRSpec телескопа Джеймс Вебб является подходящим инструментом для дальнейшего изучения ДМС на K2-18b. Причина этого заключается в том, что сигнатура ДМС перекрывается с сигналом метана, что затрудняет чёткое разделение этих молекул. Однако есть надежда, что использование другого инструмента телескопа, спектрометра MIRI, который работает в среднем инфракрасном диапазоне, позволит провести более точные исследования. Пока ожидаются дальнейшие наблюдения, можно сделать предварительные выводы. Ученые считают, что внеземные организмы на планетах, подобных K2-18b, действительно могут производить обнаруживаемые биосигнатуры. Однако на данный момент имеющиеся данные не дают окончательных результатов, и предстоящие исследования могут пролить больше света на эту загадку. Безусловно, это приближает нас к разгадке одного из древнейших вопросов человечества — существует ли жизнь за пределами Земли.
Помимо поисков жизни на других планетах, телескоп Джеймс Вебб продемонстрировал свои возможности в изучении самых ранних звёзд Вселенной. Астрономы смогли идентифицировать спектральные признаки звёзд первого поколения, которые образовались спустя несколько сотен миллионов лет после Большого Взрыва. Эти звёзды, известные как звёзды популяции III, возникли из водорода и гелия — элементов, образовавшихся на ранних этапах существования Вселенной. Звёзды этого типа играют ключевую роль в процессе формирования тяжёлых элементов, таких как углерод, кислород и железо, которые в дальнейшем использовались для образования планет и жизни. Для учёных обнаружение звёзд популяции III является одной из важнейших задач в астрономии, однако до недавнего времени это было крайне сложно из-за недостаточного разрешения телескопов. Тем не менее, последние исследования показали, что звёзды этого типа могут образовываться в остаточных газовых облаках в более поздних галактиках. Одной из таких галактик является GNZ-11, которая находится на расстоянии около 13,4 миллиарда световых лет от Земли. Эта галактика уже существовала через 430 миллионов лет после Большого Взрыва, и учёные считают её одной из самых ранних известных галактик.
Используя спектрометр NIRSpec на телескопе Джеймс Вебб, исследователи смогли обнаружить спектральные линии, которые соответствуют ионизированному гелию. Это свидетельствует о наличии звёзд популяции III, так как они обладают уникальными спектральными характеристиками, такими как расширенные линии гелия и отсутствие линий тяжёлых элементов. Это открытие стало важным шагом на пути к пониманию процессов, происходивших в ранней Вселенной. Специалисты считают, что дальнейшие наблюдения за галактикой GNZ-11 помогут лучше понять, как формировались звёзды первого поколения, и какую роль они играли в эволюции Вселенной. Возможно, именно они стали первыми источниками света, которые рассеяли космическую тьму и запустили процессы, которые в конечном итоге привели к появлению жизни во Вселенной. Что думаете?