18 апреля 2025 года научное сообщество всколыхнула сенсационная новость: международная команда астрономов, объединившая усилия Института астрономии Кембриджского университета, Школы физики и астрономии Кардиффского университета и Научного института космического телескопа, объявила о значительном прорыве в изучении экзопланеты K2-18b.
Используя среднеинфракрасный инструмент (MIRI LRS) космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), ученые обнаружили в атмосфере этой далекой планеты, расположенной в 124 световых годах от Земли в созвездии Льва, спектральные сигналы двух химических соединений — диметилсульфида (DMS) и диметилдисульфида (DMDS).
Эти молекулы на Земле производятся исключительно морскими микроорганизмами, такими как фитопланктон, и считаются потенциальными индикаторами биологической активности. Это открытие может стать важным шагом на пути к обнаружению внеземной жизни.
Что такое K2-18b и почему она важна?
K2-18b — это экзопланета, открытая в 2015 году в рамках миссии Kepler (K2). Она обращается вокруг красного карлика спектрального класса M2.5V, расположенного в зоне обитаемости звезды, где условия могут позволять существование жидкой воды — ключевого фактора для поддержания жизни, какой мы ее знаем. Планета имеет массу примерно в 8,6 раза больше Земли и радиус в 2,6 раза больше земного. Ее орбитальный период составляет около 33 дней.
K2-18b классифицируется как кандидат в так называемые Hycean-планеты — теоретически предсказанные миры, которые характеризуются наличием богатой водородом атмосферы и глобального океана жидкой воды на поверхности. Этот тип планет был впервые описан в 2021 году группой ученых под руководством профессора Никку Мадхусудхана из Кембриджского университета. Hycean-планеты считаются перспективными для поиска жизни, так как их океанические условия могут быть схожи с земными, а крупные размеры и плотные атмосферы облегчают их спектроскопическое изучение.
Ранее наблюдения JWST в ближнем инфракрасном диапазоне уже показали, что атмосфера K2-18b содержит метан (CH₄), углекислый газ (CO₂) и, возможно, следовые количества DMS. Однако эти данные были недостаточно убедительными. Новое исследование, использующее среднеинфракрасный диапазон (6–12 мкм), позволило существенно повысить точность измерений и выявить более четкие признаки присутствия DMS и DMDS.
Что удалось обнаружить?
Используя возможности MIRI LRS, команда провела анализ трансмиссионной спектроскопии — метода, который позволяет изучать состав атмосферы экзопланеты, наблюдая, как звездный свет проходит через нее. Полученные спектры показали значительные отклонения от «плоского» спектра, характерного для атмосферы без выраженных химических особенностей. Уровень уверенности в отклонении составил 3,4 сигма (σ), что указывает на высокую достоверность результата.
Моделирование спектров (так называемый ретривал-анализ) показало, что наблюдаемые сигналы могут быть объяснены только присутствием DMS и DMDS с объемными концентрациями, превышающими 10 ppmv (частей на миллион по объему). Совместная значимость обнаружения этих двух молекул достигла 3σ. Это означает, что вероятность случайного совпадения крайне мала, хотя для окончательного подтверждения требуются дополнительные наблюдения.
На Земле DMS и DMDS производятся преимущественно морскими микроорганизмами, такими как фитопланктон, и играют важную роль в глобальном серном цикле. Их присутствие в атмосфере K2-18b может указывать на биологические процессы, подобные земным. Однако ученые подчеркивают, что необходимо исключить небиологические источники этих молекул, такие как химические реакции под воздействием интенсивного излучения звезды, вулканическая активность или доставка вещества кометами.
Почему это открытие вызывает вопросы?
Несмотря на впечатляющие результаты, исследователи проявляют осторожность. Существующие модели небиологических процессов, таких как фотохимические реакции в богатой водородом атмосфере, показывают, что они вряд ли могут обеспечить наблюдаемую концентрацию DMS и DMDS. Для сравнения, если эти молекулы действительно имеют биологическое происхождение, биологический поток DMS на K2-18b должен превышать земной уровень более чем в 20 раз. Это вызывает вопросы о возможных механизмах, поддерживающих такую высокую продуктивность, и о том, насколько земные аналогии применимы к Hycean-планетам.
Кроме того, текущие данные не позволяют четко разделить спектральные сигналы DMS и DMDS из-за их перекрытия. Для более точной идентификации молекул необходимы дополнительные наблюдения с использованием других инструментов JWST, а также лабораторные измерения спектров этих соединений в условиях, имитирующих богатую водородом атмосферу.
Подтверждение Hycean-природы K2-18b
Помимо обнаружения потенциальных биомаркеров, исследование укрепило гипотезу о том, что K2-18b действительно является Hycean-планетой. Анализ атмосферного состава показал высокое соотношение CO₂/CO и низкое содержание аммиака (NH₃), что соответствует теоретическим предсказаниям для Hycean-миров. Напротив, модели, описывающие K2-18b как мини-Нептун (планету с плотной газовой оболочкой и отсутствием твердой поверхности) или газовый карлик, плохо согласуются с данными.
Температура атмосферы на уровне давления 1 мбар, определенная методом инверсии, составила 422 ± 141/133 К. Этот результат согласуется с более ранними оценками и подтверждает, что условия на K2-18b могут быть подходящими для существования жидкой воды.
Что дальше?
Открытие спектральных следов DMS и DMDS на K2-18b — это не окончательное доказательство жизни, а скорее важный шаг в изучении потенциально обитаемых миров. Ученые планируют продолжить наблюдения с использованием JWST для повышения отношения сигнал/шум и уточнения состава атмосферы. Также необходимы дополнительные лабораторные исследования, чтобы лучше понять спектры серосодержащих молекул в условиях, характерных для Hycean-планет.
Это открытие подчеркивает уникальные возможности телескопа Джеймса Уэбба и подтверждает, что Hycean-планеты могут быть одними из наиболее перспективных целей в поиске внеземной жизни. В ближайшие годы астрономы надеются расширить исследования на другие подобные миры, чтобы проверить, насколько распространены подобные биомаркеры в галактике.
Значение для науки и общества
Обнаружение потенциальных биомаркеров на K2-18b стало знаковым событием для астробиологии. Оно не только демонстрирует прогресс в изучении далеких миров, но и поднимает глубокие вопросы о природе жизни во Вселенной. Если дальнейшие исследования подтвердят биологическое происхождение DMS и DMDS, это станет одним из величайших научных открытий в истории человечества. Даже если молекулы окажутся продуктом небиологических процессов, полученные данные помогут лучше понять химическую эволюцию планет и условия, необходимые для зарождения жизни.
Для широкой общественности это открытие служит напоминанием о том, как далеко продвинулась наука в изучении космоса. Оно вдохновляет задуматься о нашем месте во Вселенной и о возможности существования других форм жизни, которые, возможно, процветают в далеких океанах под чужими звездами.