Астрономы, возможно, обнаружили признаки жизни на далекой планете, но им нужно больше наблюдений, прежде чем они смогут сказать это наверняка.
На далекой планете крошечные микробы могут плавать в теплом море, охватывающем всю планету, выделяя химические вещества, которые астрономы, находящиеся за триллионы миль от нее, могут обнаружить с помощью своих телескопов.
Речь идет об экзопланете K2-18b. Используя космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), группа исследователей под руководством Никку Мадхусудхана (Кембриджский университет, Великобритания) считает, что им удалось обнаружить молекулы диметилсульфида и диметилдисульфида в атмосфере K2-18b, которые, как они подозревают, могут быть произведены морскими водорослями.
Это заманчивая картина, но неопределенная. Обнаружение только намекает на то, что жизнь может присутствовать. Необходимо больше наблюдений, прежде чем астрономы смогут определить, что такое K2-18b и действительно ли она может быть обитаемой.
Открытая в 2015 году космическим телескопом «Кеплер», K2-18b совершает 33-дневный оборот вокруг красного карлика, который находится в 124 световых годах от нашей солнечной системы. Считающаяся «мини-Нептуном» с размером около 2½ обхвата Земли и более чем в 8 раз большей ее массой, K2-18b потенциально может поддерживать жидкий океан на своей поверхности под тонкой водородной атмосферой.
Мадхусудхан и другие ранее предположили существование этого нового класса гицеевых миров — словосочетания «водород» и «океан». Если они существуют, гицеевые миры потенциально могли бы быть средой обитания жизни в их водородных атмосферах и поверхностных океанах, расширяя разнообразие обитаемых миров.
Однако другие ученые настроены скептически, предполагая, что K2-18b может быть безжизненной, богатой газом планетой с каменистыми недрами и удушающей водородной атмосферой.
Более того, некоторые астрономы обнаружили доказательства того, что диметилсульфид может образовываться абиотическими механизмами, например, на кометах или в облаках газа и пыли, образующих звезды.
«В целом, мы должны быть крайне осторожны, когда заявляем о возможных намеках на жизнь», — говорит Виктор Ривилла (Центр астробиологии, Испания), который является соавтором статьи об абиотических источниках диметилсульфида. «Такой огромный и захватывающий результат, безусловно, потребует гораздо более надежных доказательств».
Признаки жизни
Астрономы могут обнаружить и расшифровать молекулы в атмосфере экзопланеты, наблюдая за светом от родительской звезды, когда планета проходит перед ней. Поскольку свет звезды фильтруется через верхние слои атмосферы планеты, элементы и молекулы будут поглощать этот свет на разных длинах волн, оставляя свои отпечатки в звездном спектре.
В 2023 году Мадхусудхан возглавил группу, которая обнаружила в атмосфере K2-18b молекулы, содержащие углерод, такие как углекислый газ и метан, а также потенциальный шепот диметилсульфида. На Земле следовые количества последней молекулы — около одной части на миллиард молекул воздуха — производятся морскими организмами, такими как фитопланктон и бактерии. Поскольку молекула (и ее двоюродный брат, диметилдисульфид) очень реактивны, она быстро исчезает из нашего воздуха и должна постоянно пополняться морской жизнью. По этой причине астробиологи предложили ее в качестве убедительной биосигнатуры , молекулярного маркера присутствия жизни.
Однако это более раннее обнаружение было малодостоверным: вероятность того, что сигнал был статистической случайностью, составляла 32%. После проверки с помощью инструмента JWST Mid-Infrared Instrument (MIRI), команда теперь повысила уверенность в обнаружении диметилсульфида, с вероятностью 99,7%, что он действительно там есть, а не просто результат шумового спектра. Они также обнаружили столь же значимое обнаружение диметилдисульфида, о чем было объявлено в их статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters .
Если обнаруженные данные реальны, то либо одна, либо обе молекулы могут присутствовать в изобилии, что говорит о том, что планета может быть переполнена водорослевой жизнью.
Однако астрономы обычно стремятся к большей статистической уверенности в своей работе, предпочитая превышать вероятность «это реально» в 99,99994%. « Авторы заявляют о некоторых намеках на [диметилсульфид и диметилдисульфид], но их все еще недостаточно, чтобы быть уверенными, что сигнатуры, наблюдаемые в спектрах JWST, действительно связаны с этими двумя молекулами, а не с другими», — говорит Ривилла. Поэтому необходимы дальнейшие наблюдения, чтобы подтвердить сигнал или исключить его навсегда.
Водный мир или безжизненная скала?
Другие астрономы ранее предполагали, что K2-18b может быть безжизненным миром без воды на поверхности. K2-18b относится к классу мини-Нептунов, разнообразному набору миров, которые больше каменистой Земли, но меньше газовых или ледяных гигантов. Возможны различные составы, от умеренных водных миров до газовых планет с плотными атмосферами и расплавленными недрами.
«Насколько мне известно, единственный сценарий, который объясняет все ограничения состава атмосферы на сегодняшний день, — это сценарий, в котором внутренняя часть имеет существенное содержание воды, а атмосфера богата водородом и относительно тонка», — говорит Мадхусудхан, чья команда утверждает, что сценарий hycean лучше всего соответствует этому описанию. «Если вывод о диметилсульфиде/диметилдисульфиде окажется верным, то это больше приближает нас к сценарию hycean».
Примечательно, что команда не обнаружила в атмосфере воду, аммиак, окись углерода или цианистый водород, что соответствует сценарию гицеи, в котором огромный жидкий океан изолирует такие молекулы. Однако магматический океан расплавленной породы также мог бы объяснить эти необнаружения. Такой мир, вероятно, был бы непригоден для жизни.
Николас Воган (NASA Ames Research Center) в 2024 году провел исследование , изучающее возможные составы K2-18b. Его команда показала, что обнаружение метана было бы невозможно объяснить на необитаемой гицейской планете, в то время как метан мог бы накапливаться на гицейском мире с жизнью, в среде, похожей на древнюю архейскую Землю.
Однако диметилсульфид не производился на Земле до 250 миллионов лет назад, в условиях, более похожих на те, что существуют на Земле сегодня. «Производство диметилсульфида — очень специфическое и позднее изобретение в биосфере Земли, появившееся после повышения содержания кислорода в атмосфере и всех водоемах», — говорит Димитар Сасселов (Гарвардский университет), который не участвовал ни в исследовании 2024 года, ни в новом исследовании. «Так что то, как это может быть биомаркером гицейной среды, не только неясно, но и биохимически противоречиво».
Результаты Вогана на самом деле говорят в пользу безжизненного сценария для K2-18b с плотной водородной атмосферой, каменистым внутренним пространством и отсутствием пригодной для жизни поверхности. «Ни один из сценариев не является полностью надежным, но наиболее вероятный и внутренне самосогласованный сценарий представлен в [статье Вогана]», — говорит Сасселов. Ограничение состава K2-18b и экологического контекста, в котором производятся молекулы, необходимо для подтверждения того, действительно ли обнаружения указывают на жизнь.
Сами сигналы диметила также требуют дополнительных последующих наблюдений для надежного подтверждения. Астрономы находят молекулы в атмосферах экзопланет, сравнивая спектры с прогнозами, основанными на лабораторных работах и компьютерном моделировании, что включает экстраполяцию и упрощение.
Даже если эти две молекулы присутствуют, некоторые астрономы предположили, что они могли быть получены в абиотических процессах. Диметилсульфид, например, был обнаружен как на комете 67P/Чурюмова-Герасименко, так и в межзвездной среде в схожих количествах, что указывает на то, что молекула может быть произведена в отсутствие жизни.
«Эффективный и, что еще важнее, абиотический путь образования диметилсульфида — производимый космической химией, а не биологической активностью — действительно происходит в космосе», — говорит Мигель Санс-Ново (Центр астробиологии, Испания), который руководил исследованием, демонстрирующим абиотическое происхождение диметилсульфида. «По определению, это означает, что диметилсульфид не может считаться надежным или уникальным биомаркером».
Лабораторные эксперименты и будущие наблюдения, направленные на регионы звездообразования и протопланетные диски, могли бы подтвердить, может ли диметилсульфид быть получен другими химическими процессами. «Наши текущие знания о химии планетарных атмосфер все еще очень ограничены, и мы не можем исключить абиотические механизмы, производящие эти молекулы, — если они действительно присутствуют», — говорит Ривилла.
Эти ограничения действуют даже в нашей Солнечной системе, где спорные обнаружения фосфина в облаках Венеры заставили некоторых астрономов предположить, что мы наблюдаем признаки жизни.
Найти другой мир, где есть жизнь, было бы для человечества серьезным испытанием.
«Это изменит наше представление о Вселенной и нашем месте в ней, — говорит Мадхусудхан, — и потенциально может пролить свет на то, как зародилась жизнь на Земле, что до сих пор остается открытым вопросом».
Однако эту трансформацию придется отложить до тех пор, пока тщательная проверка и последующие действия не подтвердят, есть ли у нас компания в космосе.