På senare år har antalet extrasolära planeter som upptäckts runt närliggande M-typ (röda dvärgstjärnor) har vuxit avsevärt. I många fall, dessa bekräftade planeter har varit "jordliknande, " vilket betyder att de är terrestra (aka. steniga) och jämförbara i storlek med jorden. Dessa fynd har varit särskilt spännande eftersom röda dvärgstjärnor är de vanligaste i universum – de står för 85 procent av stjärnorna bara i Vintergatan.

Tyvärr, många studier har genomförts på senare tid som indikerar att dessa planeter kanske inte har de nödvändiga förutsättningarna för att stödja liv. Det senaste kommer från Harvard University, där postdoktorn Manasvi Lingam och professor Abraham Loeb visar att planeter runt stjärnor av M-typ kanske inte får tillräckligt med strålning från sina stjärnor för att fotosyntes ska ske.

Enkelt uttryckt, liv på jorden tros ha uppstått för mellan 3,7 och 4,1 miljarder år sedan (under den sena Hadean eller tidiga arkeiska Eon), i en tid då planetens atmosfär skulle ha varit giftig för liv idag. För mellan 2,9 och 3 miljarder år sedan, fotosyntetiserande bakterier började dyka upp och började berika atmosfären med syrgas.

Som ett resultat, Jorden upplevde vad som kallas "den stora oxidationshändelsen" för cirka 2,3 miljarder år sedan. Under denna tid, fotosyntetiska organismer omvandlade gradvis jordens atmosfär från en som huvudsakligen består av koldioxid och metan till en som består av kväve och syrgas (~78 procent och 21 procent, respektive).

Intressant nog, andra former av fotosyntes tros ha uppstått ännu tidigare än klorofyllfotosyntes. Dessa inkluderar retinal fotosyntes, som dök upp ca. 2,5 till 3,7 miljarder år sedan och finns fortfarande i begränsade nischmiljöer idag. Som namnet antyder, denna process är beroende av retinal (en typ av lila pigment) för att absorbera solenergi i den gulgröna delen av det synliga spektrumet (400 till 500 nm).

Det finns också anoxygen fotosyntes (där koldioxid och två vattenmolekyler bearbetas för att skapa formaldehyd, vatten och syrgas), som tros föregå syrehaltig fotosyntes helt. Hur och när olika typer av fotosyntes uppstod är nyckeln till att förstå när livet på jorden började. Som professor Loeb förklarade för Universe Today via e-post:

""Fotosyntes" betyder att "sätta ihop" (syntes) med ljus (foto). Det är en process som används av växter, alger eller bakterier för att omvandla solljus till kemisk energi som driver deras aktiviteter. Den kemiska energin lagras i kolbaserade molekyler, som syntetiseras av koldioxid och vatten. Denna process frigör ofta syre som en biprodukt, som är nödvändigt för vår existens. Övergripande, fotosyntesen levererar alla organiska föreningar och det mesta av den energi som behövs för livet som vi känner det på planeten jorden. Fotosyntes uppstod relativt tidigt i jordens evolutionära historia."

Studier som dessa, som undersöker vilken roll fotosyntesen spelar, är inte bara viktiga för att de hjälper oss att förstå hur liv uppstod på jorden. Dessutom, de kan också hjälpa oss att förstå huruvida liv kan uppstå på planeter utanför solen eller inte, och under vilka förutsättningar detta skulle kunna ske.

Deras studie, med titeln "Fotosyntes på beboeliga planeter runt lågmassa stjärnor, " nyligen dök upp online och skickades till Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . För deras studiers skull, Lingam och Loeb försökte begränsa fotonflödet hos stjärnor av M-typ för att avgöra om fotosyntes är möjlig på jordlevande planeter som kretsar kring röda dvärgstjärnor. Som Loeb sa:

"I vår artikel undersökte vi om fotosyntes kan ske på planeter i den beboeliga zonen runt lågmassastjärnor. Denna zon definieras som intervallet av avstånd från stjärnan där planetens yttemperatur tillåter förekomsten av flytande vatten och kemin av livet som vi känner det. För planeter i den zonen, vi beräknade det ultravioletta (UV) flödet som belyser deras yta som en funktion av massan av deras värdstjärna. Stjärnor med låg massa är kallare och producerar mindre UV-fotoner per mängd strålning."

I överensstämmelse med de senaste fynden som involverade röda dvärgstjärnor, deras studie fokuserade på "Jord-analoger, "planeter som har samma grundläggande fysiska parametrar som jorden - dvs radie, massa, sammansättning, effektiv temperatur, albedo, etc. Eftersom de teoretiska gränserna för fotosyntes runt andra stjärnor inte är väl förstådda, de arbetade också med samma gränser som de på jorden – mellan 400 till 750 nm.

Från detta, Lingam och Loeb beräknade att stjärnor av M-typ med låg massa inte skulle kunna överskrida det lägsta UV-flöde som krävs för att säkerställa en biosfär som liknar jordens. Som Loeb illustrerade:

"Detta innebär att de beboeliga planeterna som upptäckts under de senaste åren runt de närliggande dvärgstjärnorna, Proxima Centauri (närmast stjärna till solen, 4 ljusår bort, 0,12 solmassor, med en beboelig planet, Proxima b) och TRAPPIST-1 (40 ljusår bort, 0,09 solmassor, med tre beboeliga planeter TRAPPIST-1e, f, g), förmodligen inte har en jordliknande biosfär. Mer allmänt, de spektroskopiska studierna av sammansättningen av atmosfärerna hos planeter som passerar sina stjärnor (som TRAPPIST-1) kommer sannolikt inte att hitta biomarkörer, såsom syre eller ozon, på detekterbara nivåer. Om syre hittas, dess ursprung är sannolikt icke-biologiskt."

Naturligtvis, det finns gränser för denna typ av analys. Som tidigare noterats, Lingam och Loeb indikerar att de teoretiska gränserna för fotosyntes kring andra stjärnor inte är välkända. Tills vi lär oss mer om planetariska förhållanden och strålningsmiljön runt stjärnor av M-typ, forskare kommer att tvingas använda mått baserade på vår egen planet.

Andra, Det finns också det faktum att stjärnor av M-typ är varierande och instabila jämfört med vår sol och upplever periodiska uppblossningar. Med hänvisning till annan forskning, Lingam och Loeb indikerar att dessa kan ha både positiva och negativa effekter på en planets biosfär. Kortfattat, stjärnflammor kan ge ytterligare UV-strålning som skulle hjälpa till att utlösa prebiotisk kemi, men kan också vara skadligt för en planets atmosfär.

Ändå, med undantag för mer intensiva studier av extrasolära planeter som kretsar kring röda dvärgstjärnor, forskare tvingas förlita sig på teoretiska bedömningar av hur sannolikt liv skulle vara på dessa planeter. När det gäller resultaten som presenteras i denna studie, de är ytterligare en indikation på att system med röda dvärgstjärnor kanske inte är den mest sannolika platsen att hitta beboeliga världar.

Om sant, dessa fynd kan också ha drastiska implikationer i Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI). "Eftersom syret som produceras av fotosyntes är en förutsättning för komplext liv som människor på jorden, det kommer också att krävas för att teknisk intelligens ska utvecklas, sade Loeb. I sin tur, uppkomsten av den senare öppnar möjligheten att hitta liv via tekniska signaturer som radiosignaler eller jätteartefakter."

Tills vidare, sökandet efter beboeliga planeter och liv fortsätter att informeras av teoretiska modeller som talar om för oss vad vi ska hålla utkik efter. På samma gång, dessa modeller fortsätter att vara baserade på "livet som vi känner det" – d.v.s. använder jordanaloger och terrestra arter som exempel. Lyckligtvis, astronomer förväntar sig att lära sig mycket mer under de kommande åren tack vare utvecklingen av nästa generations instrument.