Астрономи «закрили» життя на планеті K2-18

Минулого року вчені виявили у складі атмосфери екзопланети за 124 світлові роки від Землі диметилсульфід — сполуку, яку на нашій планеті вміють синтезувати тільки живі організми. Автори нової роботи за допомогою досить витончених методів поставили під сумнів його наявність там.

Червоний карлик K2-18 лежить порівняно близько до Сонця, при цьому був відкритий тільки у 2015 році, тому що при масі, яка наполовину менша за сонячну, поступається нашій зірці за світністю більш ніж у 40 разів. Навколо карлика обертається планета K2-18 b — перша з усіх планет, що лежать у зоні, що жила, чию атмосферу вдалося проаналізувати «на просвіт». За допомогою такого методу астрономи з’ясовують, як саме атмосфера планети поглинає випромінювання своєї зірки і на цій основі роблять висновки про її склад.

Планета K2-18 b по діаметру у 2,61 раза більша за Землю, а за масою перевищує її в 8,63 раза. Її щільність, що оцінюється, — всього 2,67 тонни на кубометр, приблизно вдвічі нижче земної і приблизно на 70 відсотків більше, ніж у Нептуна. Такі тіла часто називають субнептунами. Одночасно ця планета знаходиться надто близько до своєї зірки, щоб бути повним аналогом Нептуна. Зокрема, вона повинна бути теплішою за Землю.

Більш ранні спостереження дали астрономам ясне розуміння, що на K2-18 b є досить серйозна, переважно воднева, атмосфера. У ній також вдалося знайти сліди метану та вуглекислого газу, разом вони дають до одного відсотка атмосфери.

Минулого року було заявлено відкриття у місцевій атмосфері диметилсульфіду. Він добре знайомий кожному, оскільки саме це з’єднання сірки надає своєрідний підбадьорливий запах морського повітря. Джерело диметилсульфіду у нас — водорості та фітопланктон, які виділяють його як відходи життєдіяльності. Хоча це з’єднання можна отримати неорганічним шляхом, необхідні цього методи майже нереалізовані поза лабораторії чи сфери промисловості. Звичайно, це породило надію на існування на K2-18 b хоча б примітивного життя.

Нещодавно вчені з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (США) опублікували в The Astrophysical Journal Letters роботу, де показали, що наявність диметилсульфіду на K2-18 b навряд чи реальна.

Для цього вони взяли дані космічного телескопа Джеймс Вебб, в яких раніше інші вчені знайшли сліди диметилсульфіду, і проаналізували їх повторно. За допомогою моделювання дослідники показали, що введення в дані достатньої кількості метану робить їх невідмінними від спостережень, за якими виявили диметилсульфід.

Причина в тому, що смуги поглинання випромінювання метану і диметилсульфіду частково перетинаються. Якщо джерела надходить багато випромінювання, можна відрізнити одне з’єднання від іншого. Але K2-18 дуже тьмяна зірка, від якої до нас доходить трохи електромагнітних хвиль.

Інша можливість виявлення — якщо диметилсульфіду в атмосфері K2-18 b було б досить багато. Автори нової наукової роботи спробували розрахувати, який рівень концентрації цього з’єднання дав досить потужний сигнал у даних «Джеймса Вебба». На жаль, виявилося, що для цього концентрація диметилсульфіду там має бути у 20 разів вищою, ніж на Землі. Це практично нереальний рівень, оскільки таких концентрацій фітопланктону чи водоростей у реальній біосфері забезпечити не вдасться.

І все ж таки нотка оптимізму в новому дослідженні є. Протягом 2024 року «Джеймс Вебб» задіює ще один свій інструмент для пошуку диметилсульфіду на K2-18 b, який раніше для цього не використовувався. Його область чутливості – хвилі з довжиною від дев’яти до 13 мікрометрів. Раніше той же телескоп вивчав субнептун у діапазоні близько 3,4 мікрометра. З урахуванням нового діапазону можна буде точно сказати, є там подібне з’єднання в земних концентраціях чи ні.

Зазначимо, що із загальних міркувань можливість існування життя земного типу на K2-18 b є глибоко неочевидною. Водень є потужним парниковим газом, а атмосфера цієї планети, схоже, має велику товщину. Отже, реальна температура на її поверхні набагато вища, ніж на Землі в будь-якій точці історії, і теоретично може перевищувати 100 градусів Цельсія. У поєднанні з великим тиском на дні місцевого атмосферного океану, вода там може перебувати в суперкритичному стані.

Як мінімум фотосинтезуюче життя у відомих нам формах несумісне з такими умовами. А якщо немає фотосинтезу — виділяти диметилсульфід нікому. Якщо ж, попри загальні міркування, це з’єднання на K2-18b виявлять, вченим доведеться суттєво переглядати свої уявлення про саме життя, особливо про діапазон умов, у яких вона можлива.