Czerwone karły mogą nie sprzyjać rozwojowi życia
Astronomowie sugerują, że gwiazdy znane jako czerwone karły mogą nie sprzyjać rozwojowi życia na krążących wokół nich planetach. Mogą one emitować światło zbyt „słabej jakości” dla organizmów produkujących tlen.
.Czerwone karły są najczęściej występującymi gwiazdami w Drodze Mlecznej, a ponieważ jest ich tak dużo, wokół nich odkryto także większość znanych skalistych egzoplanet. Dlatego też są one jednym z najczęstszych celów badań, naukowców poszukujących życia we Wszechświecie. W ramach nowych analiz, astrobiolodzy pod kierownictwem Giovanniego Covone z University of Naples Federico II i Amedeo Balbi z University of Rome Tor Vergata, odkryli, że światło tych gwiazd może w ogóle nie wspierać organizmów produkujących tlen. Zdaniem naukowców nie liczy się tylko ilość emitowanego światła, ale także jego jakość, przez co utrzymanie biosfery podobnej do ziemskiej wokół czerwonych karłów może być niezwykle trudne. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv
Naukowcy oparli swoje analizy na pojęciu egzergii – pomiaru maksymalnej ilości użytecznej energii, jaką można uzyskać z pola promieniowania (w tym wypadku światła). Mierzy on jakość termodynamiczną światła, a nie tylko ile energii zawiera. Zwykle, gdy astronomowie przyglądają się ekosferom (strefa wokół gwiazdy, w której obrębie na wszystkich znajdujących się planetach mogą panować warunki umożliwiające utrzymanie wody w stanie ciekłym) wokół innych gwiazd, analizują całkowitą liczbę fotonów, w szczególności w zakresie światła widzialnego o długości fali od 400 do 700 nanometrów.
Światło słoneczne jest potrzebne na egzoplanetach do rozbijania cząsteczek wody, proces ten znany jako „utlenianiem wody” („water oxidation”) jest najtrudniejszym etapem fotosyntezy. To właśnie on prowadzi do powstawania tlenu, który może wskazywać, że na obcym świecie istnieje życie. Aby jednak ten proces zaszedł, organizmy potrzebują światła o odpowiednio dużej energii, żeby przeprowadzić reakcję chemiczną. Jednak czerwone karły emitują światło, które nie zawsze ma wystarczająco dużo energii do tego procesu.
Czerwone karły to chłodne gwiazdy, a ich światło jest w dużej mierze przesunięte w stronę podczerwieni. Oznacza to, że wiele ich fotonów ma zbyt mało energii, aby umożliwić rozbicie cząsteczki wody. A nawet te, które mają jej wystarczająco, mogą jedynie częściowo przekazać tę energię do reakcji chemicznych. Czynniki te znacząco zmniejszają szanse na pojawienie się życia produkującego tlen na planetach wokół czerwonych karłów. Ilość energii dostępnej do utleniania wody wokół gwiazd podobnych do Słońca jest około pięć razy większa.
Astrobiolodzy przeanalizowali również to czy życie wokół tych gwiazd mogło przystosować się do środowiska z większą ilością podczerwieni i czy mogłoby wykorzystywać dłuższe fale światła o niższej energii. Odkryli jednak, że raczej nie byłoby to możliwe, z racji istnienia czerwonej granicy (red limit) – najdłuższej fali światła, która może jeszcze umożliwiać fotosyntezę. Naukowcy uważają, że ta granica nie jest stała, zależy od widma gwiazdy, atmosfery planety oraz reakcji chemicznych, która ma zajść, w tym przypadku „utlenianie wody”.
Według obliczeń badaczy dla czerwonych karłów ta granica wynosi około 0,95 mikrometra, a dla gwiazd podobnych do Słońca około 1,0 mikrometra. Oznacza to, że życie raczej nie mogłoby dostosować się do słabszej gwiazdy.
Jak podkreślają astrobiolodzy istnieje jest jeszcze inny problem związany z rozwojem życia na planetach wokół czerwonych karłów. Istnieją bakterie beztlenowe, które potrafią dobrze wykorzystywać światło podczerwone. Jeśli by się rozprzestrzeniły, mogłyby wyprzeć te produkujące tlen. Wtedy na tego rodzaju światach nigdy nie nastąpiłoby coś podobnego do ziemskiej Katastrofy tlenowej. Bez dużej ilości tego pierwiastka w atmosferze rozwój organizmów wielokomórkowych byłby bardzo trudny, a może nawet niemożliwy.
.Pojawienie się życia na planetach wokół czerwonych karłów, zdaniem naukowców, jest raczej mało prawdopodobne, nie oznacza to jednak, że jest to całkowicie niemożliwe. Organizmy na Ziemi wykorzystują tylko niewielką część maksymalnej energii, jaka jest teoretycznie dostępna, nie są więc szczególnie efektywne. Mimo to warunki sprzyjające życiu wokół czerwonych karłów prawdopodobnie zdarzają się bardzo rzadko. Dlatego też zdaniem badaczy, lepiej szukać planet bogatych w tlen wokół gwiazd podobnych do Słońca, zamiast liczyć na teoretycznie rzadkie przypadki wokół czerwonych karłów.
Emil Gołoś
