Pe 12 septembrie, la o conferinta despre viata in univers gazduita de Universitatea Harvard, David Charbonneau, astronom la aceeasi universitate, a sustinut o conferinta intitulata „Planetele terestre ale celor mai mici si mai apropiate stele”. Titlul neoficial, asa cum a fost dezvaluit in al doilea diapozitiv al sau, a fost „Mici stele furioase si multele stanci parasite de Dumnezeu care le orbiteaza”.

Astronomii au gasit acum peste 5.500 de planete in jurul altor stele, sau exoplanete, cele mai multe dintre ele detectate prin intermediul micului declin in lumina stelei care are loc atunci cand planeta trece peste fata sa, iar umbra planetei trece astfel peste Pamant. Sute dintre acestia se afla in „zona locuibila” a stelei lor parinte, ceea ce inseamna ca nu orbiteaza nici atat de aproape incat apa de pe suprafata lor sa fiarba si nici atat de departe incat sa fie inghetata. Deoarece apa este vitala pentru fiecare forma de viata cunoscuta pe Pamant, o astfel de umiditate potentiala este foarte apreciata de oamenii de stiinta interesati daca unele exoplanete ar putea adaposti viata proprie.

Ceea ce doresc cei mai multi astrobiologi sa faca atunci cand dau peste o planeta din „zona Bucurilor de Aur” este sa se uite la atmosfera acesteia. Chimia atmosferica a Pamantului tradeaza prezenta vietii pe suprafata sa in mai multe moduri. Acelasi lucru ar trebui sa fie valabil si pentru exoplanetele care transporta viata. Lansarea in 2021 a telescopului spatial James Webb (JWST) aduce cu sine sansa ca astfel de semne sa poata fi vazute pe planetele din jurul altor stele. Telescopul Extremely Large Telescope (ELT), numit prozaic, este construit in prezent in Chile si urmeaza sa inceapa lucrarile in 2028, va putea, de asemenea, sa priveasca atmosferele exoplanetelor din apropiere.

Din pacate, exista o captura. Oricat de puternice sunt, aceste instrumente nu pot privi planetele din zonele locuibile din jurul stelelor precum Soarele sau a multor alte tipuri de stele potential interesante. Singurele atmosfere din zona locuibila in care pot privi apartin exoplanetelor care orbiteaza stelele „clasa M”, unul dintre cele doua tipuri de stele cunoscute in mod obisnuit sub numele de pitice rosii.

A fi limitat la un singur tip de vedeta este regretabil. A fi limitat la stele de clasa M in special poate fi de doua ori, deoarece acestea sunt stele mici si furioase despre care a vorbit dr. Chabonneau. Caracteristicile fizice ale stelelor din clasa M fac ca zonele lor locuibile sa para mult mai putin ospitaliere decat sugereaza termenul, mai ales daca viata in cauza favorizeaza planetele stancoase mici precum Pamantul.

Dar planetele stancoase nu sunt singurele disponibile. Exista cateva pitice rosii cu insotitori mai mari si mai putin densi in zonele lor locuibile, planete de zece ori masa Pamantului si de doua sau trei ori raza acestuia. Asta ii face putin mai mici decat Neptun, cel mai mic dintre gigantii gazosi din sistemul solar exterior. Densitatea lor face sigur ca acesti „sub-Neptuni” au atmosfere; daca ar fi stanca solida ar fi mai grele. Celelalte atribute ale lor sunt misterioase. Unii astronomi cred ca ei, mai degraba decat vecinii lor stancosi, ar putea oferi cea mai buna sansa de a descoperi semne de viata in alta parte. Primul studiu JWST al unei astfel de planete, unul numit K2-18 b, care a fost publicat pe 11 septembrie, nu a facut asta. Dar prezentarea datelor a fost totusi unul dintre punctele importante ale conferintei.

Piticile rosii sunt tinte bune pentru studiu, deoarece sunt mici, slabe si foarte comune. Cat de comun este apreciat doar de astronomi. Fiind mici (intre jumatate si zecime din raza Soarelui) le face atat de slabe (0,3%-7% la fel de stralucitoare ca Soarele) incat niciuna dintre ele, nici macar Proxima Centauri, cea mai apropiata stea de Soare, nu este vizibila pentru cu ochiul liber. Dar exista mai multi pitici M pe cerul din apropiere decat stele de toate celelalte tipuri la un loc.

Ubicuitatea stelelor din clasa M inseamna ca exista multe telescoape pe care sa le priveasca. Intre timp, dimensiunile si intunecoarea lor reduse faciliteaza studiul planetelor care le orbiteaza. Studierea atmosferei lor se face uitandu-se la ceea ce se intampla cu lumina de la stea cand aceasta trece prin atmosfera planetei care orbiteaza. Cu cat steaua este mai mica, cu atat proportia luminii sale care trece prin atmosfera este mai mare. Intre timp, cu cat steaua este mai slaba, cu atat este mai putin probabil ca semnalul din atmosfera sa fie acoperit de lumina de pe restul discului stelei.

Dar daca micimea stelelor ajuta la studiul atmosferei planetelor lor, ea face si existenta unor astfel de atmosfere – cel putin in jurul planetelor stancoase din zona locuibila – mai putin probabila. Stele tinere din clasa M au o dinamica interna complexa care da nastere la campuri magnetice foarte puternice. Acestea duc la eruptii stelare, uneori foarte dramatice, si la emisii puternice de raze X si radiatii ultraviolete. In aproximativ un miliard de ani, este nevoie de un tanar pitic de clasa M pentru a se instala intr-o liniste matura, acea radiatie ar putea fi mai mult decat suficienta pentru a indeparta atmosferele de pe orice planeta stancoasa din zona Goldilocks. Aceasta ar fi putut fi soarta lui Trappist-1 c, o planeta din zona locuibila a unei pitici rosii la 40 de ani lumina distanta; in iunie, astronomii au anuntat ca, dupa ce au analizat-o cu JWST, nu au putut vedea nicio dovada clara a vreunei atmosfere.

O alta problema cu stelele din clasa M este ca putine par sa posede planete mari care orbiteaza dincolo de zonele lor locuibile, asa cum o face Jupiter in sistemul solar. Gravitatia puternica a lui Jupiter arunca comete de gheata din partea exterioara a sistemului solar catre planetele stancoase mai apropiate de Soare. Se crede ca a livrat apa si alte molecule simple, cum ar fi azotul, catre Pamantul timpuriu. Fara astfel de analogi lui Jupiter, planetele stancoase din jurul piticilor din clasa M ar putea fi lipsite de o asemenea recompensa.

Adancurile de oarecum mai putina disperare

Toate acestea fac ca planetele stancoase asemanatoare Pamantului din astfel de zone locuibile sa aiba perspective slabe de viata. Niciunul dintre factori nu este atat de mare problema pentru planetele sub-Neptun. Se stie ca au atmosfere, iar acele atmosfere ar putea contine genul de molecule pe care Pamantul trebuia sa le fi eliberat din sistemul solar exterior. In 2019, un grup de astronomi de la University College London a folosit telescopul spatial Hubble pentru a privi atmosfera unei astfel de planete: K2-18 b, care orbiteaza o stea de clasa M la 124 de ani lumina distanta, in constelatia Leului. Unul dintre lucrurile pe care au crezut ca le-au vazut a fost dovezi de vapori de apa.

Acest lucru l-a inspirat pe Nikku Madhusudhan, un astronom de la Universitatea din Cambridge, sa-si imagineze un fel de sub-Neptun care ar fi cu adevarat locuibil. El numeste rezultatul imaginatiilor sale lumi „Hycean” dupa cele doua trasaturi vitale ale lor: atmosfere cu hidrogen (de unde hy-) si oceane (de unde -cean).

Dr Madhusudhan a inceput cu masa lui K2-18 b, cu raza si, prin urmare, cu densitatea medie. El stia, de asemenea, cum presiunea, volumul si temperatura diferitelor gaze si lichide sunt legate intre ele, relatii numite „ecuatii de stare”. Acest lucru i-a permis sa realizeze un model auto-consecvent al lui K2-18 b, cu un miez stancos dens, un invelis apos de inalta presiune in jurul acelui nucleu si o atmosfera subtire de hidrogen deasupra.

Acest model nu este singurul care se potriveste cu putinele date care exista. Ceea ce evidentiaza ideea lui Hycean este ca permite zonelor superioare ale stratului de apa al planetei sa fie lichide si temperate. Ar fi un ocean ciudat, desigur; unul fara continente si fara insule si care, in loc sa aiba un fund stancos sau noroios, este acoperit de gheata (gheata de inalta presiune este mai densa decat apa lichida). Dar orice ocean arata mai bine, pentru un astrobiolog, decat roca goala.

Dr. Madhusudhan a cerut si a avut timp pe JWST pentru a vedea daca K2-18 b se potriveste speculatiilor sale. Dupa cum a spus el la conferinta, in anumite privinte a facut-o. Modelarea chimica prezice ca, daca ar fi intr-adevar o planeta Hycean, atmosfera sa in mare parte hidrogen ar trebui sa contina cantitati detectabile de dioxid de carbon si metan. Ambele fusesera intr-adevar gasite. Au existat si semne in lumina stelelor compatibile cu prezenta sulfurei de dimetil. Pe Pamant, acea molecula este produsa doar de viata. Asta ar face ca prezenta sa pe K2-18 sa fie posibila „biosemnatura”, genul de lucru care declanseaza o mare emotie. Totusi, asa cum stau lucrurile, dovezile pentru prezenta sa sunt suficient de slabe incat nu se justifica o astfel de entuziasm. Un om de stiinta mai conservator poate nici macar sa nu fi mentionat posibila observare.

Au fost si lucruri care nu s-au vazut. Unul era amoniacul. Procesele care produc metan intr-o astfel de atmosfera ar trebui sa produca si amoniac. Dr. Madhusudhan interpreteaza absenta acesteia ca o dovada circumstantiala pentru un ocean subiacent. Amoniacul se dizolva in apa intr-un mod in care nu metanul; oceanul poate sa-l inghita, lasand doar metanul pentru atmosfera.

Celalalt lucru care nu s-a vazut, in mod ciudat, au fost vaporii de apa. Avand in vedere ca presupusa detectare a vaporilor de apa a fost cea care a oferit stimulentul pentru teoretizarea doctorului Madhusudhan, absenta acestuia ar putea fi vazuta ca o problema. Dar nu trebuie sa fie. Barele de eroare de la detectarea initiala erau foarte largi. O parte din semnalul de apa ar fi putut fi de fapt metan; este, de asemenea, posibil ca vaporii de apa sa fie acolo, doar la un nivel suficient de scazut incat JWST sa nu-i vada.

Chiar daca masuratorile Hubble au fost pur si simplu gresite si, pana la urma, nu exista apa in semnal, asta nu exclude neaparat un ocean. La urma urmei, Pamantul este o planeta umeda. Dar atmosfera sa superioara este uscata, deoarece peste o anumita altitudine vaporii de apa ingheata din aer. Iar observatiile lui K2-18 b au privit doar cele mai inalte zone ale atmosferei sale.

Acum Hycean, acum nu

Dr. Madhusudhan a avut grija sa sublinieze ca rezultatele sale au fost doar compatibile cu ideea ca K2-18 b este o lume Hycean, nu o dovada ca este una. La fel de bine: multi dintre colegii sai raman sceptici fata de intreaga idee. Hidrogenul este un gaz cu efect de sera puternic. La fel si vaporii de apa. Vaporii de apa de la suprafata unui ocean incalzit de o sera cu hidrogen se vor adauga la incalzire, producand mai multi vapori de apa. Unii considera ca acest lucru poate duce la un „efect de sera fugitiv” care va scapa de toata apa lichida, lasand in urma doar abur si H2O de inalta presiune, temperatura inalta si „supercritica”. Pentru a scapa de o astfel de soarta, o lume Hyceana ar trebui sa inceapa cu cantitatea potrivita de hidrogen. Poate fi o intamplare foarte rara.

JWST ar trebui sa ajute la rezolvarea tuturor acestor lucruri. Exista deja mai multe observatii ale K2-18 b in programul sau. Alte planete stancoase si asemanatoare Neptunului aflate pe orbite care le aduc peste fata stelelor lor parinte vor fi si ele analizate. ELT, la randul sau, va fi interesat de Proxima Centauri b, cea mai apropiata exoplaneta din zona locuibila de Pamant. Asa cum este vazut de pe Pamant, nu trece peste fata stelei sale. Dar uriasul telescop ar putea sa-si studieze atmosfera, daca ar avea unul, direct.

Cert este ca, deocamdata, zonele locuibile din jurul piticilor M sunt singurul astfel de joc din oras. Telescoapele care pot vedea planete in astfel de zone in jurul altor tipuri de stele sunt la cateva decenii distanta. Dar daca suna mult timp de asteptat, luati in considerare ca acum o generatie abilitatea de a studia exoplanete de orice fel, in jurul oricarui fel de stele, parea aproape prea mult de sperat. Acum campul este aprins cu observatii proaspete si idei noi, daca nu inca cu semne de viata.