I de iskalla kropparna runt vårt solsystem, strålning som sänds ut från steniga kärnor kan bryta upp vattenmolekyler och stödja väteätande mikrober. För att ta itu med denna kosmiska möjlighet, ett team från University of Texas i San Antonio (UTSA) och Southwest Research Institute (SwRI) modellerade en naturlig vattenkrackningsprocess som kallas radiolys. De tillämpade sedan modellen på flera världar med kända eller misstänkta inre hav, inklusive Saturnus måne Enceladus, Jupiters måne Europa, Pluto och dess måne Charon, samt dvärgplaneten Ceres.

"De fysikaliska och kemiska processer som följer radiolys frigör molekylärt väte (H2), som är en molekyl av astrobiologiskt intresse, sa Alexis Bouquet, huvudförfattare till studien publicerad i majupplagan av Astrofysiska tidskriftsbrev . Radioaktiva isotoper av grundämnen som uran, kalium, och torium finns i en klass av steniga meteoriter som kallas kondriter. Kärnorna i de världar som studerats av Bouquet och hans medförfattare tros ha kondritliknande kompositioner. Havsvatten som tränger igenom den porösa bergarten i kärnan kan utsättas för joniserande strålning och genomgå radiolys, producerar molekylärt väte och reaktiva syreföreningar.

Bukett, en student i det gemensamma doktorandprogrammet mellan UTSA:s institution för fysik och astronomi och SwRI:s rymdvetenskaps- och teknikavdelning, förklarade att mikrobiella samhällen som upprätthålls av H2 har hittats i extrema miljöer på jorden. Dessa inkluderar ett grundvattenprov som hittades nästan 2 miles djupt i en sydafrikansk guldgruva och vid hydrotermiska öppningar på havsbotten. Det väcker intressanta möjligheter för den potentiella existensen av analoga mikrober vid gränsytan mellan vatten och berg i havsvärldar som Enceladus eller Europa.

"Vi vet att dessa radioaktiva ämnen finns i isiga kroppar, men detta är den första systematiska blick över solsystemet för att uppskatta radiolys. Resultaten tyder på att det finns många potentiella mål för prospektering där ute, och det är spännande, " säger medförfattaren Dr Danielle Wyrick, en huvudforskare vid SwRI:s Space Science and Engineering Division.

En ofta föreslagen källa till molekylärt väte på havsvärldar är serpentinisering. Denna kemiska reaktion mellan berg och vatten inträffar, till exempel, i hydrotermiska ventiler på havsbotten.

Nyckelfynden av studien är att radiolys representerar en potentiellt viktig ytterligare källa till molekylärt väte. Även om hydrotermisk aktivitet kan producera avsevärda mängder väte, i porösa stenar som ofta finns under havsbotten, radiolys kan också producera rikliga mängder.

Radiolys kan också bidra till havsvärldarnas potentiella beboelighet på annat sätt. Förutom molekylärt väte, det producerar syreföreningar som kan reagera med vissa mineraler i kärnan för att skapa sulfater, en matkälla för vissa typer av mikroorganismer.

"Radiolys i en havsvärlds yttre kärna kan vara grundläggande för att stödja liv. Eftersom blandningar av vatten och sten finns överallt i det yttre solsystemet, denna insikt ökar oddsen för rikliga beboeliga fastigheter där ute, sa Bouquet.

Medförfattare till artikeln, "Alternativ energi:Produktion av H2 genom radiolys av vatten i de steniga kärnorna i iskalla kroppar, " är SwRI:s Dr. Christopher R. Glein, Wyrick, och Dr. J. Hunter Waite, som också fungerar som adjoint professor vid UTSA.