آیا جیمز وب می‌تواند حیات را در جهان‌های اقیانوسی بیگانه شناسایی کند؟

اگر چنین سیاراتی واقعاً وجود داشته باشند، ممکن است از متداول‌ترین سیارات میزبان حیات در کهکشان باشند.

سیارات هایسیان، که گونه‌ای فرضی از سیارات فراخورشیدی با اقیانوس‌های عمیق و پوششی ضخیم از هیدروژن هستند، به گفته‌ی یک پژوهش جدید، می‌توانند بهترین فرصت را برای تلسکوپ جیمز وب فراهم کنند تا نشانه‌های زیستی را شناسایی کند.

این نشانه‌های زیستی احتمالی شامل گروهی از مواد شیمیایی به نام متیل هالیدها هستند که در زمین توسط برخی باکتری‌ها و جلبک‌های اقیانوسی تولید می‌شوند.
ادی شویترمن، اخترزیست‌شناس دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، در بیانیه ای می‌گوید: «برخلاف سیاراتی شبیه زمین که نویز جوی و محدودیت‌های تلسکوپی شناسایی نشانه‌های زیستی را دشوار می‌کند، سیارات هایسیان سیگنال بسیار واضح‌تری ارائه می‌دهند.»

در حال حاضر، وجود سیارات هایسیان همچنان در حد فرضیه است. نام این سیارات ترکیبی از دو واژه «هیدروژن» و «اقیانوس» است که اولین بار در سال ۱۴۰۰ توسط نیکو مدهوسودان، دانشمند علوم سیاره‌ای از دانشگاه کمبریج، مطرح شد.

انتظار می‌رود سیارات هایسیان به دور ستارگان کوتوله‌ی سرخ بچرخند و بهترین نامزد برای چنین سیاره‌ای، سیاره K2-18b است. این سیاره که در رده‌ی «زیرنپتون» قرار دارد، در منطقه‌ی قابل سکونت یک کوتوله‌ی سرخ، در فاصله‌ی ۱۲۴ سال نوری از زمین در صورت فلکی اسد واقع شده است.

تلسکوپ هابل در سال ۱۳۹۸ بخار آب را در جو K2-18b کشف کرد و تلسکوپ جیمز وب نیز وجود دی‌اکسیدکربن و متان را در جو آن شناسایی کرده است، درحالی‌که نشانه‌ای از مونوکسیدکربن و آمونیاک وجود ندارد—دقیقاً مطابق با پیش‌بینی‌های مربوط به سیارات هایسیان. همچنین شواهدی اولیه از وجود ماده‌ای به نام دی‌متیل سولفید (DMS) در جو این سیاره یافت شده که در زمین تنها توسط پلانکتون‌های اقیانوسی تولید می‌شود، اما این موضوع همچنان مورد بحث است.

اکنون تیمی از پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، و ETH زوریخ، قدمی فراتر برداشته‌اند. آن‌ها پیشنهاد می‌کنند که دسته‌ای دیگر از ترکیبات، یعنی متیل هالیدها، که در زمین توسط حیات میکروبی اقیانوسی تولید می‌شوند، می‌توانند نشانه‌ی زیستی قابل شناسایی‌تری در جو یک سیاره هایسیان نسبت به اکسیژن در یک سیاره‌ی زمین‌مانند باشند.

میخائلا لیونگ، نویسنده‌ی اصلی این پژوهش، می‌گوید: «اکسیژن در حال حاضر در یک سیاره‌ی شبیه زمین قابل شناسایی نیست یا به‌سختی شناسایی می‌شود، اما متیل هالیدها در سیارات هایسیان فرصت منحصر‌به‌فردی برای شناسایی با فناوری‌های موجود ارائه می‌دهند.»

متیل هالیدها مولکول‌هایی هستند که شامل یک اتم کربن، سه اتم هیدروژن و یک اتم از عناصر گروه هالوژن (مانند برم، کلر یا فلوئور) می‌شوند. در زمین، این ترکیبات توسط موجودات زنده تولید می‌شوند اما به مقدار زیادی در جو ما وجود ندارند.

اما در سیارات هایسیان، شرایط می‌تواند متفاوت باشد. تیم لیونگ معتقد است که اگر چنین سیاراتی وجود داشته باشند، شرایط آن‌ها به گونه‌ای خواهد بود که متیل هالیدها در جو به مقدار زیادی تجمع کنند. علاوه بر این، این ترکیبات دارای ویژگی‌های جذبی قوی در نور فروسرخ هستند، درست در همان طول‌موج‌هایی که JWST برای مشاهده‌ی آن‌ها طراحی شده است.

لیونگ می‌گوید: «یکی از مزایای بزرگ جستجوی متیل هالیدها این است که می‌توان آن‌ها را در مدت‌زمانی در حد ۱۳ ساعت با تلسکوپ جیمز وب شناسایی کرد. این زمان بسیار کمتر از مدت‌زمان موردنیاز برای یافتن گازهایی مانند اکسیژن یا متان است، و هرچه زمان استفاده از تلسکوپ کمتر باشد، هزینه‌ی آن نیز کاهش می‌یابد.»

با این حال، دو چالش اساسی در این پژوهش وجود دارد. نخست این که هنوز نمی‌دانیم آیا واقعاً سیارات هایسیان وجود دارند یا خیر. این سیارات برای توضیح برخی ویژگی‌های خاص سیارات زیرنپتون گرم که چگالی متوسط آن‌ها به وجود یک جو هیدروژنی ضخیم و یک اقیانوس عمیق از آب مایع اشاره دارد، پیشنهاد شده‌اند. اما در حال حاضر، مشاهده‌ی مستقیم اقیانوسی که در زیر این پوشش هیدروژنی قرار دارد، امکان‌پذیر نیست.

چالش دوم این است که نمی‌دانیم آیا این اقیانوس‌ها می‌توانند قابل سکونت باشند یا خیر. یک سیاره‌ی هایسیان بسیار گرم خواهد بود و اگرچه شرایط شدید زیر پوشش هیدروژنی از تبخیر اقیانوس جلوگیری می‌کند، اما مشخص نیست که آیا دمای آن برای حیات به‌عنوان‌مثال برای میکروب‌ها بیش از حد زیاد خواهد بود یا نه.

بااین‌حال، شناسایی متیل هالیدها در جو یک سیاره‌ی هایسیان می‌تواند نشانه‌ی قوی‌ای از وجود حیات در آن اقیانوس عمیق باشد. اگر چنین حیاتی وجود داشته باشد، احتمالاً باید به جای اکسیژن، هیدروژن را تنفس کند.

شویترمن می‌گوید: «این میکروب‌ها، در صورت وجود، بی‌هوازی خواهند بود، یعنی بدون نیاز به اکسیژن زنده می‌مانند. آن‌ها با محیطی بسیار متفاوت سازگار خواهند شد، و ما واقعاً نمی‌توانیم تصور کنیم که آن محیط دقیقاً چگونه خواهد بود، اما می‌توانیم بگوییم که این گازها یک خروجی قابل‌قبول برای متابولیسم آن‌ها هستند.»

حیات بی‌هوازی، یعنی موجوداتی که بدون اکسیژن زنده می‌مانند، در زمین نیز وجود دارد، بنابراین این نوع حیات کاملاً بیگانه نخواهد بود، حتی اگر محیطی که در آن زندگی می‌کند کاملاً متفاوت باشد.

سیارات شبیه زمین که به دور کوتوله‌های سرخ می‌چرخند ممکن است کمیاب باشند، زیرا این ستارگان معمولاً پرانرژی و فعال‌اند و تابش‌های شدید آن‌ها می‌تواند جو یک سیاره‌ی زمین‌مانند را از بین ببرد. اما سیارات هایسیان، به لطف جو ضخیم هیدروژنی خود، ممکن است در برابر این پرتوهای شدید مقاوم‌تر باشند.

بنابراین، این احتمال وجود دارد که حیات در منظومه‌های دارای ستارگان کوتوله‌ی سرخ، نه روی سیاراتی مانند زمین، بلکه روی سیارات هایسیان شکل گرفته باشد. از آنجا که کوتوله‌های سرخ تقریباً سه‌چهارم ستارگان کهکشان راه شیری را تشکیل می‌دهند، ممکن است تعداد سیارات هایسیان قابل سکونت در کیهان از سیارات زمین‌مانند بیشتر باشد.

این پژوهش توسط تیم لیونگ در ۲۱ اسفند در ژورنال Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.