De afgelopen jaren is het aantal bevestigde buitenzonneplaneten exponentieel gestegen. Vanaf het schrijven van het artikel zijn in totaal 3.777 exoplaneten bevestigd in 2.817 sterrenstelsels, met nog eens 2.737 kandidaten in afwachting van bevestiging. Bovendien is het aantal terrestrische (d.w.z. rotsachtige) planeten gestaag toegenomen, waardoor de kans groter is dat astronomen bewijzen zullen vinden van leven buiten ons zonnestelsel.
Helaas bestaat de technologie nog niet om deze planeten rechtstreeks te verkennen. Dientengevolge worden wetenschappers gedwongen op zoek te gaan naar wat bekend staat als "biosignaturen", een chemische stof of een element dat wordt geassocieerd met het bestaan van een vorig of huidig leven. Volgens een nieuwe studie van een internationaal team van onderzoekers zou een manier om naar deze handtekeningen te zoeken, zijn om materiaal te onderzoeken dat tijdens een impactgebeurtenis uit het oppervlak van exoplaneten wordt uitgestoten.
De studie - getiteld "Searching for biosignatures in exoplanetary impact ejecta", werd gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Astrobiologie en verscheen onlangs online. Het werd geleid door Gianni Cataldi, een onderzoeker van het Astrobiology Centre van de Universiteit van Stockholm. Hij werd vergezeld door wetenschappers van het LESIA-Observatoire de Paris, het Southwest Research Institute (SwRI), het Royal Institute of Technology (KTH) en het European Space Research and Technology Centre (ESA / ESTEC).
Zoals ze in hun onderzoek aangeven, zijn de meeste pogingen om exoplaneet-biosferen te karakteriseren, gericht op de atmosfeer van de planeten. Dit bestaat uit het zoeken naar bewijs van gassen die geassocieerd zijn met het leven hier op aarde - b.v. kooldioxide, stikstof enz. - evenals water. Zoals Cataldi via e-mail aan Space Magazine vertelde:
“We weten van de aarde dat het leven een sterke invloed kan hebben op de samenstelling van de atmosfeer. Zo is alle zuurstof in onze atmosfeer van biologische oorsprong. Ook zuurstof en methaan zijn sterk uit chemisch evenwicht vanwege de aanwezigheid van leven. Momenteel is het nog niet mogelijk om de atmosferische samenstelling van aardachtige exoplaneten te bestuderen, maar naar verwachting zal een dergelijke meting in de nabije toekomst mogelijk worden. Atmosferische biosignaturen zijn dus de meest veelbelovende manier om naar buitenaards leven te zoeken. '
Cataldi en zijn collega's overwogen echter de mogelijkheid om de bewoonbaarheid van een planeet te karakteriseren door naar tekenen van impact te zoeken en de uitwerpselen te onderzoeken. Een van de voordelen van deze benadering is dat ejecta met het grootste gemak ontsnapt aan lichamen met een lagere zwaartekracht, zoals rotsachtige planeten en manen. De atmosfeer van dit soort lichamen is ook erg moeilijk te karakteriseren, dus deze methode zou karakterisaties mogelijk maken die anders niet mogelijk zouden zijn.
En zoals Cataldi aangaf, zou het ook op een aantal manieren complementair zijn aan de atmosferische benadering:
“Ten eerste: hoe kleiner de exoplaneet, hoe moeilijker het is om de atmosfeer te bestuderen. Integendeel, kleinere exoplaneten produceren grotere hoeveelheden ontsnappende ejecta omdat hun zwaartekracht aan het oppervlak lager is, waardoor ejecta van kleinere exoplaneten gemakkelijker te detecteren is. Ten tweede, als we denken aan biosignaturen in impact ejecta, denken we vooral aan bepaalde mineralen. Dit komt omdat het leven de mineralogie van een planeet indirect kan beïnvloeden (bijvoorbeeld door de samenstelling van de atmosfeer te veranderen en zo nieuwe mineralen te laten vormen) of direct (door mineralen te produceren, bijvoorbeeld skeletten). Impact ejecta zou ons dus in staat stellen een ander soort biosignatuur te bestuderen, complementair aan atmosferische signaturen. ”
Een ander voordeel van deze methode is dat deze profiteert van bestaande studies die de effecten van botsingen tussen astronomische objecten hebben onderzocht. Er zijn bijvoorbeeld meerdere onderzoeken uitgevoerd die hebben geprobeerd beperkingen op te leggen aan de gigantische impact waarvan wordt aangenomen dat deze 4,5 miljard jaar geleden het Earth-Moon-systeem heeft gevormd (ook bekend als de Giant Impact Hypothesis).
Hoewel wordt aangenomen dat dergelijke gigantische botsingen veel voorkwamen tijdens de laatste fase van de vorming van een terrestrische planeet (die ongeveer 100 miljoen jaar duurt), richtte het team zich op de effecten van asteroïde of kometenlichamen, waarvan wordt aangenomen dat ze gedurende de hele levensduur van een exoplanetair optreden systeem. Op basis van deze studies konden Cataldi en zijn collega's modellen maken voor exoplanet ejecta.
Zoals Cataldi uitlegde, gebruikten ze de resultaten van de impactkratersliteratuur om de hoeveelheid gecreëerde ejecta te schatten. Om de signaalsterkte te schatten van circumstellaire stofschijven die door de ejecta worden gecreëerd, gebruikten ze de resultaten van de puinschijf (d.w.z. extrasolaire analogen van de zonnestelsel-asteroïdengordel). Uiteindelijk bleken de resultaten nogal interessant:
“We ontdekten dat een inslag van een lichaam met een diameter van 20 km genoeg stof produceert om met huidige telescopen waarneembaar te zijn (ter vergelijking: de grootte van het botslichaam dat de dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden doodde, is echter ongeveer 10 km). Het bestuderen van de samenstelling van het uitgestoten stof (bv. Zoeken naar biosignaturen) is niet binnen het bereik van de huidige telescopen. Met andere woorden, met de huidige telescopen konden we de aanwezigheid van uitgestoten stof bevestigen, maar de samenstelling niet bestuderen. ”
Kortom, het bestuderen van materiaal dat uit exoplaneten wordt uitgestoten, ligt binnen ons bereik en het vermogen om de samenstelling ervan op een dag te bestuderen, zal astronomen in staat stellen de geologie van een exoplaneet te karakteriseren - en zo nauwkeurigere beperkingen op te leggen aan de potentiële bewoonbaarheid ervan. Op dit moment worden astronomen gedwongen om weloverwogen gissingen te doen over de samenstelling van een planeet op basis van de schijnbare grootte en massa.
Helaas is een meer gedetailleerd onderzoek dat de aanwezigheid van biosignaturen in ejecta zou kunnen bepalen momenteel niet mogelijk en zal het zelfs voor de volgende generatie telescopen zoals de James Webb Space Telescope (JWSB) of Darwin. Ondertussen biedt de studie van ejecta van exoplaneten een aantal zeer interessante mogelijkheden als het gaat om exoplanetstudies en karakterisering. Zoals Cataldi aangaf:
“Door de ejecta van een impactgebeurtenis te bestuderen, zouden we iets kunnen leren over de geologie en bewoonbaarheid van de exoplaneet en mogelijk een biosfeer kunnen detecteren. De methode is de enige manier die ik ken om toegang te krijgen tot de ondergrond van een exoplaneet. In die zin kan de impact worden gezien als een door de natuur geleverd boorexperiment. Onze studie toont aan dat stof dat geproduceerd wordt tijdens een impactgebeurtenis in principe detecteerbaar is, en dat toekomstige telescopen de samenstelling van het stof en dus de samenstelling van de planeet zouden kunnen beperken. ”
De komende decennia zullen astronomen buitenzonneplaneten bestuderen met instrumenten die de gevoeligheid en het vermogen vergroten in de hoop indicaties van leven te vinden. Na verloop van tijd zou het zoeken naar biosignaturen in het puin rond exoplaneten veroorzaakt door asteroïde-inslagen samen met zoekers naar atmosferische biosignaturen kunnen worden gedaan.
Met deze twee methoden gecombineerd, zullen wetenschappers met meer zekerheid kunnen zeggen dat verre planeten niet alleen in staat zijn om het leven te ondersteunen, maar dat ook actief doen!
