På senare år har antalet bekräftade extrasolplaneter har ökat exponentiellt. Från skrivandet av artikeln, totalt 3, 777 exoplaneter har bekräftats i 2, 817 stjärnsystem, med ytterligare 2, 737 kandidater väntar på bekräftelse. Vad mer, antalet terrestra (d.v.s. steniga) planeter har ökat stadigt, ökar sannolikheten för att astronomer kommer att hitta bevis på liv bortom vårt solsystem.

Tyvärr, tekniken finns ännu inte för att utforska dessa planeter direkt. Som ett resultat, forskare tvingas leta efter vad som kallas "biosignaturer, " en kemikalie eller ett element som är associerat med existensen av tidigare eller nuvarande liv. Enligt en ny studie av ett internationellt team av forskare, ett sätt att leta efter dessa signaturer skulle vara att undersöka material som kastas ut från ytan på exoplaneter under en nedslagshändelse.

Studien – med titeln "Searching for biosignatures in exoplanetary impact ejecta, "som nyligen dök upp online - leddes av Gianni Cataldi, en forskare från Stockholms universitets astrobiologiska centrum. Han fick sällskap av forskare från LESIA-Observatoire de Paris, Southwest Research Institute (SwRI), Kungliga Tekniska Högskolan (KTH), och European Space Research and Technology Centre (ESA/ESTEC).

Som de anger i sin studie, de flesta ansträngningarna att karakterisera exoplanetbiosfärer har fokuserat på planeternas atmosfärer. Detta består i att leta efter bevis på gaser som är kända för att vara väsentliga för livet här på jorden – t.ex. koldioxid, kväve, syre – samt vatten. Som Cataldi sa till Universe Today via e-post:

"Vi vet från jorden att liv kan ha en stark inverkan på atmosfärens sammansättning. T.ex. allt syre i vår atmosfär är av biologiskt ursprung. Också, syre och metan är starkt ur kemisk jämvikt på grund av närvaron av liv. För närvarande, det är ännu inte möjligt att studera atmosfärens sammansättning av jordliknande exoplaneter, dock, en sådan mätning förväntas bli möjlig inom överskådlig framtid. Således, Atmosfäriska biosignaturer är det mest lovande sättet att söka efter utomjordiskt liv."

Dock, Cataldi och hans kollegor övervägde möjligheten att karakterisera en planets beboelighet genom att leta efter tecken på nedslag och undersöka utkastet. En av fördelarna med detta tillvägagångssätt är att ejecta flyr kroppar med lägre gravitation, som steniga planeter och månar, med största lätthet. Atmosfärerna i dessa typer av kroppar är också mycket svåra att karakterisera, så denna metod skulle möjliggöra karaktäriseringar som annars inte skulle vara möjliga.

Och som Cataldi antydde, det skulle också vara komplement till det atmosfäriska tillvägagångssättet på ett antal sätt:

"Först, ju mindre exoplanet, desto svårare är det att studera dess atmosfär. Tvärtom, mindre exoplaneter producerar större mängder ejekta som flyr ut eftersom deras ytgravitation är lägre, gör utstötningar från en mindre exoplanet lättare att upptäcka. Andra, när man tänker på biosignaturer i impact ejecta, vi tänker främst på vissa mineraler. Detta beror på att liv kan påverka mineralogin på en planet antingen indirekt (t.ex. genom att ändra atmosfärens sammansättning och därmed tillåta nya mineraler att bildas) eller direkt (genom att producera mineraler, t.ex. skelett). Impact ejecta skulle alltså tillåta oss att studera en annan sorts biosignatur, komplement till atmosfäriska signaturer."

En annan fördel med denna metod är det faktum att den drar nytta av befintliga studier som har undersökt effekterna av kollisioner mellan astronomiska objekt. Till exempel, flera studier har utförts som har försökt att sätta begränsningar för den gigantiska påverkan som tros ha bildat Jord-Måne-systemet för 4,5 miljarder år sedan (aka. Giant Impact Hypothesis).

Även om sådana jättekollisioner tros ha varit vanliga under slutskedet av jordisk planetbildning (varar i ungefär 100 miljoner år), teamet fokuserade på inverkan av asteroid- eller kometkroppar, som tros inträffa under hela livslängden för ett exoplanetärt system. Förlitar sig på dessa studier, Cataldi och hans kollegor kunde skapa modeller för exoplanetejecta.

Som Cataldi förklarade, de använde resultaten från nedslagskrateringslitteraturen för att uppskatta mängden ejecta som skapades. För att uppskatta signalstyrkan hos cirkumstellära dammskivor som skapas av utkastet, de använde resultaten från skräpskivor (dvs. extrasolära analoger av solsystemets huvudasteroidbälte) litteratur. I slutet, resultaten visade sig vara ganska intressanta:

"Vi fann att ett slag av en kropp med en diameter på 20 km producerar tillräckligt med damm för att kunna upptäckas med nuvarande teleskop (som jämförelse, storleken på stötkroppen som dödade dinosaurierna för 65 miljoner år sedan är dock cirka 10 km). Dock, att studera sammansättningen av det utstötta dammet (t.ex. söka efter biosignaturer) är inte inom räckhåll för nuvarande teleskop. Med andra ord, med nuvarande teleskop, vi kunde bekräfta närvaron av utstött damm, men inte studera dess sammansättning."

Kortfattat, Att studera material som matas ut från exoplaneter är inom vår räckhåll och detta skulle göra det möjligt för astronomer att kunna karakterisera en exoplanets geologi – och därmed sätta mer exakta begränsningar för dess potentiella beboelighet. För närvarande, astronomer tvingas göra kvalificerade gissningar om en planets sammansättning baserat på dess skenbara storlek och massa.

Tyvärr, en mer detaljerad studie som kan fastställa förekomsten av biosignaturer i ejecta är för närvarande inte möjlig, och kommer att vara mycket svårt även för nästa generations teleskop som James Webb Space Telescope (JWSB) eller Darwin. Sålänge, studien av ejecta från exoplaneter presenterar några mycket intressanta möjligheter när det gäller exoplanetstudier och karakterisering. Som Cataldi indikerade:

"Genom att studera ejecta från en påverkan, vi skulle kunna lära oss något om exoplanetens geologi och beboelighet och potentiellt upptäcka en biosfär. Metoden är det enda sättet jag vet för att komma åt underytan på en exoplanet. I det här sammanhanget, påverkan kan ses som ett borrexperiment från naturen. Vår studie visar att damm som produceras vid en kollision i princip är detekterbart, och framtida teleskop kanske kan begränsa dammets sammansättning, och därför planetens sammansättning."

Under de kommande decennierna, astronomer kommer att studera extrasolära planeter med instrument som ökar känsligheten och kraften i hopp om att hitta indikationer på liv. Med all sannolikhet, förmågan att urskilja närvaron av biosignaturer i skräp som skapats av asteroidnedslag kommer att sammanfalla med förmågan att hitta dem i exoplaneternas atmosfärer.

Med dessa två metoder kombinerade, forskare kommer att kunna säga med större säkerhet att avlägsna planeter inte bara kan försörja liv, men gör det aktivt.