JWST, Ötegezegenlerdeki Yaşam İşaretlerini Algılayabildiğini Gösterdi

Yaşamın bileşenleri evrene yayılmıştır. Dünya, evrende yaşamın olduğu bilinen tek yer olsa da, Dünya'nın ötesindeki yaşamı tespit etmek, modern astronomi ve gezegen biliminin ana hedefidir. Biz ötegezegenler ve astrobiyoloji üzerine çalışan iki bilim insanıyız. Büyük ölçüde James Webb gibi yeni nesil teleskoplar sayesinde, bizim gibi araştırmacılar yakında diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerin atmosferlerinin kimyasal yapısını ölçebilecekler. Umut, bu gezegenlerden birinin veya daha fazlasının kimyasal bir yaşam işaretine sahip olmasıdır.

Hem güneş sistemi hem de gezegenleri b, c, d, e ve f olarak etiketlenen Kepler-186 yıldız sistemi için yeşille işaretlenmiş yaşanabilir bölgelerde – bir yıldıza suyun kaynayacağı kadar yakın değil, ancak gezegenin katı halde donacağı kadar da uzak olmayan bir yörüngede – bilinen birçok ötegezegen vardır.

 

Yaşanabilir ötegezegenler

Mars'taki yeraltı akiferleri veya Jüpiter'in uydusu Europa'nın okyanusları gibi, sıvı suyun bulunduğu güneş sisteminde yaşam var olabilir. Ancak, bu yerlerde yaşam aramak inanılmaz derecede zordur, çünkü bunlara ulaşmak zordur ve yaşamı tespit etmek, fiziksel örnekleri geri göndermek için bir sonda gönderilmesini gerektirir.

Birçok gökbilimci, diğer yıldızların yörüngesinde dönen gezegenlerde yaşamın var olma ihtimalinin yüksek olduğuna ve yaşamın ilk olarak orada bulunabileceğine inanıyor.

Teorik hesaplamalar, yalnızca Samanyolu galaksisinde yaklaşık 300 milyon potansiyel yaşanabilir gezegen ve Dünya'nın yalnızca 30 ışık yılı içinde birkaç yaşanabilir Dünya boyutunda gezegen, yani aslında insanlığın galaktik komşuları, olduğunu göstermektedir. Şimdiye kadar gökbilimciler, bir gezegenin yakındaki yıldızını nasıl etkilediğini ölçen dolaylı yöntemler kullanarak, yüzlerce potansiyel yaşanabilir olanlar da dahil olmak üzere 5.000'den fazla ötegezegen keşfettiler. Bu ölçümler, gökbilimcilere bir ötegezegenin kütlesi ve boyutu hakkında bilgi verebilir, ancak pek daha fazlasını veremez.

Farklı klorofil türleri tarafından en kolay emilen ışığın dalga boylarını gösteren bu şemada gösterildiği gibi, her madde belirli dalga boylarında ışığı emer.

 

Biyolojik imza aramak

Astrobiyologlar, uzak bir gezegendeki yaşamı tespit etmek için bir gezegenin yüzeyi veya atmosferi ile etkileşime giren yıldız ışığını inceleyecekler. Atmosfer veya yüzey yaşam tarafından dönüştürülmüşse, ışık "biyolojik imza" adı verilen bir ipucu taşıyabilir.

Dünya, basit, tek hücreli yaşama ev sahipliği yapmasına rağmen, varlığının ilk yarısında oksijensiz bir atmosfere sahipti. Bu erken dönemde Dünya'nın biyolojik imzası çok zayıftı. Bu, 2,4 milyar yıl önce yeni bir alg ailesinin evrimleşmesiyle aniden değişti. Algler, başka herhangi bir elemente kimyasal olarak bağlı olmayan serbest oksijen üreten bir fotosentez işlemi kullandı. O zamandan beri, Dünya'nın oksijenle dolu atmosferi, içinden geçen ışıkta güçlü ve kolayca saptanabilir bir biyolojik imza bıraktı.

Işık bir maddenin yüzeyinden yansıdığında veya bir gazın içinden geçtiğinde, ışığın belirli dalga boylarının gaz veya maddenin yüzeyinde diğerlerinden daha fazla hapsolma olasılığı daha yüksektir. Işığın dalga boylarının bu seçici şekilde yakalanması, cisimlerin farklı renkler olmasının nedenidir. Yapraklar yeşildir çünkü klorofil, kırmızı ve mavi dalga boylarındaki ışığı emmede özellikle iyidir. Işık bir yaprağa çarptığında, kırmızı ve mavi dalga boyları emilir ve çoğunlukla yeşil ışığın gözlerinize geri dönmesini sağlar.

Eksik ışığın modeli, ışığın etkileşime girdiği maddenin spesifik bileşimi tarafından belirlenir. Bu nedenle, gökbilimciler, bir gezegenden gelen ışığın belirli rengini ölçerek, bir ötegezegenin atmosferinin veya yüzeyinin bileşimi hakkında bir şeyler öğrenebilirler.

Bu yöntem, oksijen veya metan gibi yaşamla bağlantılı belirli atmosferik gazların varlığını tanımak için kullanılabilir, çünkü bu gazlar ışıkta çok özel imzalar bırakır. Aynı zamanda bir gezegenin yüzeyindeki tuhaf renkleri tespit etmek için de kullanılabilir. Örneğin Dünya'da, bitkilerin ve alglerin fotosentez için kullandığı klorofil ve diğer pigmentler, ışığın belirli dalga boylarını yakalar. Bu pigmentler, hassas bir kızılötesi kamera kullanılarak algılanabilen karakteristik renkler üretir. Bu rengin uzak bir gezegenin yüzeyinden yansıdığını görseydiniz, bu potansiyel klorofilin varlığına işaret ederdi.

James Webb Uzay Teleskobu, ötegezegenlerden gelen kimyasal işaretleri tespit edebilen ilk teleskoptur, ancak yetenekleriyle sınırlıdır.

 

Uzayda ve Dünya'da teleskoplar

Potansiyel yaşanabilir bir ötegezegenden gelen ışıktaki bu ince değişiklikleri tespit etmek için inanılmaz derecede güçlü bir teleskop gerekir. Şimdilik, böyle bir başarıya sahip tek teleskop, yeni James Webb Uzay Teleskobu. Temmuz 2022'de bilim operasyonlarına başlarken James Webb, gaz devi ötegezegen WASP-96b'nin spektrumunu okudu. Spektrum, su ve bulutların varlığını gösterdi, ancak WASP-96b kadar büyük ve sıcak bir gezegenin yaşama ev sahipliği yapması olası değil.

Ancak bu erken veriler, James Webb'in ötegezegenlerden gelen ışıkta zayıf kimyasal imzaları tespit edebildiğini gösteriyor. Önümüzdeki aylarda Webb, aynalarını, Dünya'dan sadece 39 ışık yılı uzaklıkta, potansiyel yaşanabilir Dünya boyutunda bir gezegen olan TRAPPIST-1e'ye çevirmeye hazırlanıyor.

Webb, ev sahibi yıldızlarının önünden geçen gezegenleri inceleyerek ve gezegenin atmosferinden süzülen yıldız ışığını yakalayarak biyolojik imzalar arayabilir. Ancak Webb, yaşamı aramak için tasarlanmamıştır, bu nedenle teleskop, yalnızca en yakın potansiyel olarak yaşanabilir dünyalardan birkaçını inceleyebiliyor. Ayrıca yalnızca atmosferik karbondioksit, metan ve su buharı seviyelerindeki değişiklikleri algılayabilir. Bu gazların belirli kombinasyonları yaşamı düşündürebilirken, Webb yaşam için en güçlü sinyal olan bağlanmamış oksijenin varlığını algılayamaz.

Gelecek için önde gelen fikirler, daha da güçlü uzay teleskopları, gezegenden yansıyan yıldız ışığını ortaya çıkarmak için bir gezegenin ev sahibi yıldızının parlak ışığını engelleme planlarını içerir. Bu fikir, uzaktaki bir şeyi daha iyi görebilmek için elinizi güneş ışığını engellemek için kullanmaya benzer. Gelecekteki uzay teleskopları, bunu yapmak için küçük, dahili maskeler veya büyük, harici, şemsiye benzeri uzay aracı kullanabilir. Yıldız ışığı engellendiğinde, bir gezegenden yansıyan ışığı incelemek çok daha kolay hale gelir.

Ayrıca şu anda yapım aşamasında olan ve biyolojik imzaları arayabilecek üç devasa, yer tabanlı teleskop var: Dev Magellen Teleskobu, Otuz Metre Teleskop ve Avrupa Aşırı Büyük Teleskopu. Her biri, Dünya'daki mevcut teleskoplardan çok daha güçlüdür ve Dünya'nın atmosferinin yıldız ışığını bozması engeline rağmen, bu teleskoplar oksijen için en yakın dünyaların atmosferlerini araştırabilir.

Hayvanlar metan üretir, ancak birçok jeolojik süreç de metan üretir.

 

Biyoloji mi yoksa jeoloji mi?

Astrobiyologlar, önümüzdeki on yılların en güçlü teleskoplarını kullansalar bile, yalnızca yaşam tarafından tamamen dönüştürülmüş dünyaların ürettiği güçlü biyolojik imzaları tespit edebilecekler.

Ne yazık ki, karasal yaşam tarafından salınan gazların çoğu biyolojik olmayan süreçler tarafından da üretilebilir - hem inekler hem de volkanlar metan salmaktadır. Fotosentez oksijen üretir, ancak güneş ışığı da su moleküllerini oksijen ve hidrojene böldüğünde oluşturur. Gökbilimcilerin uzak yaşam ararken bazı yanlış pozitifleri tespit etme ihtimali yüksektir. Yanlış pozitifleri ortadan kaldırmaya yardımcı olmak için, gökbilimcilerin, jeolojik veya atmosferik süreçlerin bir biyolojik imzayı taklit edip edemeyeceğini anlamak için ilgilenilen gezegeni yeterince iyi anlamaları gerekecek.

Yeni nesil ötegezegen çalışmaları, yaşamın varlığını kanıtlamak için gereken olağanüstü kanıtların çıtasını geçme potansiyeline sahip. James Webb Uzay Teleskobu'ndan ilk veri yayını, bize yakında gerçekleşecek heyecan verici ilerleme hakkında bir fikir veriyor.

 

Chris Impey, Arizona Üniversitesi Seçkin Astronomi Profesörü ve Daniel Apai, Arizona Üniversitesi Astronomi ve Gezegen Bilimleri Profesörü

Bu makalenin orijinali, The Conversation'da yayınlanmıştır.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.