I de senere år er antallet af bekræftede ekstrasolplaneter steget eksponentielt. Fra artikelens penning er i alt 3.777 eksoplaneter blevet bekræftet i 2.817 stjernesystemer, med yderligere 2.737 kandidater, der afventer bekræftelse. Desuden er antallet af landlige (dvs. stenede) planeter steget støt, hvilket øger sandsynligheden for, at astronomer finder bevis på liv ud over vores solsystem.
Desværre eksisterer teknologien endnu ikke for at udforske disse planeter direkte. Som et resultat er forskere tvunget til at lede efter, hvad der er kendt som ”biosignaturer”, et kemikalie eller et element, der er forbundet med eksistensen af tidligere eller nutidig liv. Ifølge en ny undersøgelse fra et internationalt team af forskere, ville en måde at kigge efter disse underskrifter være at undersøge materiale, der blev sprøjtet ud fra overfladen af exoplaneter under en påvirkningsbegivenhed.
Undersøgelsen - med titlen "Searching for biosignatures in exoplanetary impact ejecta", blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Astrobiology og dukkede for nylig online. Det blev ledet af Gianni Cataldi, en forsker fra Stockholms Universitets Astrobiologi Center. Han blev sammen med forskere fra LESIA-Observatoire de Paris, Southwest Research Institute (SwRI), Royal Institute of Technology (KTH) og European Space Research and Technology Center (ESA / ESTEC).
Som de antyder i deres undersøgelse, har de fleste bestræbelser på at karakterisere exoplanet-biosfærer fokuseret på planeternes atmosfærer. Dette består i at lede efter bevis for gasser, der er forbundet med livet her på Jorden - f.eks. kuldioxid, nitrogen osv. - såvel som vand. Som Cataldi fortalte Space Magazine via e-mail:
”Vi ved fra Jorden, at livet kan have en stærk indflydelse på atmosfærens sammensætning. For eksempel er alt ilt i vores atmosfære af biologisk oprindelse. Også ilt og metan er stærkt ude af kemisk ligevægt på grund af tilstedeværelsen af liv. I øjeblikket er det endnu ikke muligt at studere den atmosfæriske sammensætning af jordlignende exoplaneter, men en sådan måling forventes imidlertid at blive mulig i en overskuelig fremtid. Atmosfæriske biosignaturer er således den mest lovende måde at søge efter jordens liv. ”
Cataldi og hans kolleger overvejede dog muligheden for at karakterisere en planets beboelighed ved at se efter tegn på påvirkninger og undersøge ejecta. En af fordelene ved denne fremgangsmåde er, at ejecta slipper ud med lavere tyngdekraftslegemer, såsom stenede planeter og måner, med størst lethed. Atmosfærerne i disse typer kroppe er også meget vanskelige at karakterisere, så denne metode giver mulighed for karakteriseringer, som ellers ikke ville være mulige.
Og som Cataldi antydede, ville det også være komplementært til den atmosfæriske tilgang på flere måder:
”For det første, jo mindre eksoplaneten er, desto vanskeligere er det at studere atmosfæren. Tværtimod producerer mindre eksoplaneter større mængder af slukende ejecta, fordi deres overfladetyngdekraft er lavere, hvilket gør ejecta fra mindre exoplanet lettere at opdage. For det andet, når vi tænker på biosignaturer i påvirkning ejecta, tænker vi primært på visse mineraler. Dette skyldes, at livet kan påvirke en planetes mineralogi enten indirekte (f.eks. Ved at ændre atmosfærens sammensætning og således lade nye mineraler dannes) eller direkte (ved at fremstille mineraler, fx skeletter). Påvirkning ejecta ville således give os mulighed for at studere en anden slags biosignatur, komplementære til atmosfæriske underskrifter. ”
En anden fordel ved denne metode er det faktum, at det drager fordel af eksisterende undersøgelser, der har undersøgt virkningen af sammenstød mellem astronomiske objekter. For eksempel er der foretaget flere undersøgelser, der har forsøgt at placere begrænsninger for den gigantiske påvirkning, der menes at have dannet Earth-Moon-systemet for 4,5 milliarder år siden (også kendt som Giant Impact Hypotesen).
Mens sådanne gigantiske kollisioner menes at have været almindelige i den sidste fase af jordbaseret planetdannelse (varer i ca. 100 millioner år), fokuserede teamet på virkninger af asteroide eller kometære organer, som antages at forekomme i hele en eksoplanetæres levetid system. På baggrund af disse undersøgelser var Cataldi og hans kolleger i stand til at skabe modeller til exoplanet ejecta.
Som Cataldi forklarede, brugte de resultaterne fra litteraturen om virkningskrater til at estimere mængden af ejecta, der blev oprettet. For at estimere signalstyrken for cirkumstellære støvskiver, der er oprettet af ejecta, brugte de resultaterne fra affaldsdisk (dvs. ekstrasolære analoger fra solsystemets hovedsteroidebælte) litteratur. I sidste ende viste resultaterne sig ret interessante:
”Vi fandt, at en påvirkning af et legeme med en diameter på 20 km producerer nok støv til at kunne detekteres med aktuelle teleskoper (til sammenligning er størrelsen af slaggen, der dræbte dinosaurierne for 65 millioner år siden, dog ca. 10 km). At studere sammensætningen af det udkastede støv (f.eks. Søgning efter biosignaturer) er imidlertid ikke inden for rækkevidde af de nuværende teleskoper. Med andre ord med aktuelle teleskoper kunne vi bekræfte tilstedeværelsen af udsøgt støv, men ikke undersøge dets sammensætning. ”
Kort sagt, studium af materiale, der udsættes fra eksoplaneter, er inden for vores rækkevidde, og evnen til at studere dets sammensætning en dag vil tillade astronomer at være i stand til at karakterisere en exoplanets geologi - og dermed placere mere nøjagtige begrænsninger på dens potentielle beboelsesevne. I øjeblikket er astronomer tvunget til at komme med uddannede gætte om en planets sammensætning baseret på dens tilsyneladende størrelse og masse.
Desværre er en mere detaljeret undersøgelse, der kunne bestemme tilstedeværelsen af biosignaturer i ejecta, ikke i øjeblikket mulig, og vil være meget vanskelig for selv næste generations teleskoper som f.eks. James Webb-rumteleskop (JWSB) eller Darwin. I mellemtiden præsenterer undersøgelsen af ejecta fra exoplaneter nogle meget interessante muligheder, når det kommer til exoplanetundersøgelser og karakterisering. Som Cataldi angav:
”Ved at studere ejecta fra en påvirkningsbegivenhed kunne vi lære noget om geologien og levedygtigheden af exoplaneten og potentielt detektere en biosfære. Metoden er den eneste måde jeg kender til at få adgang til undergrundsfladen på en exoplanet. I denne forstand kan virkningen ses som et boreeksperiment leveret af naturen. Vores undersøgelse viser, at støv, der produceres i en påvirkningsbegivenhed, i princippet er detekterbar, og fremtidige teleskoper muligvis kan begrænse støvets sammensætning og derfor sammensætningen af planeten. ”
I de kommende årtier vil astronomer studere ekstrasolplaneter med instrumenter med stigende følsomhed og kraft i håb om at finde indikationer på liv. Givet tid kan der søges efter biosignaturer i snavs omkring eksoplaneter oprettet af asteroide påvirkninger i takt med søgere efter atmosfæriske biosignaturer.
Med disse to metoder kombineret vil forskere med større sikkerhed kunne sige, at fjerne planeter ikke kun er i stand til at støtte livet, men aktivt gør det!
