Sedan rymdteleskopet Kepler lanserades i rymden, antalet kända planeter bortom solsystemet (exoplaneter) har växt exponentiellt. För närvarande, 3, 917 planeter har bekräftats i 2, 918 stjärnsystem, medan 3, 368 väntar på bekräftelse. Av dessa, cirka 50 omloppsbanor inom deras stjärnas circumstellar beboeliga zon (alias "Goldilocks Zone"), det avstånd från vilket flytande vatten kan finnas på en planets yta.

Dock, Ny forskning har lyft möjligheten att vad vi anser vara en beboelig zon är för optimistisk. Enligt en ny studie som nyligen dök upp på nätet, med titeln "En begränsad beboelig zon för komplext liv, " beboeliga zoner kan vara mycket smalare än man ursprungligen trodde. Dessa fynd kan ha en drastisk inverkan på antalet planeter som forskare anser vara "potentiellt beboeliga."

Studien leddes av Edward W. Schwieterman, en NASA-postdoktor vid University of California, Riverside, och inkluderade forskare från Alternative Earths Team (en del av NASA Astrobiology Institute), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), och NASA Goddard Institute for Space Studies.

Enligt tidigare uppskattningar baserade på Kepler-data, Forskare drog slutsatsen att det sannolikt finns 40 miljarder jordliknande planeter enbart i Vintergatans galax, 11 miljarder av dessa kommer sannolikt att kretsa runt stjärnor som solen (dvs gula dvärgar av G-typ). Annan forskning har visat att denna siffra kan vara så hög som 60 miljarder eller till och med 100 miljarder, beroende på de parametrar som används för att definiera beboeliga zoner.

Dessa resultat är verkligen uppmuntrande, eftersom de antyder att Vintergatan kan krylla av liv. Tyvärr, nyare forskning om planeter utanför solen har gett tvivel om dessa tidigare uppskattningar. Detta är särskilt fallet när det gäller tidvattenlåsta planeter som kretsar kring stjärnor av M-typ (röda dvärg).

Dessutom, forskning om hur livet utvecklades på jorden har visat att vatten ensamt inte garanterar liv – inte heller, för den delen, gör närvaron av syrgas. Dessutom, Schwieterman och hans kollegor ansåg två andra stora biosignaturer som är viktiga för livet som vi känner det - koldioxid och kolmonoxid.

För mycket av dessa föreningar skulle vara giftiga för komplext liv, medan för lite skulle innebära att tidiga prokaryoter inte skulle dyka upp. Om livet på jorden är någon indikation, grundläggande livsformer är viktiga om de är mer komplexa, syreförbrukande livsformer kommer att utvecklas. Av denna anledning, Schwieterman och hans kollegor försökte revidera definitionen av en beboelig zon för att ta hänsyn till detta.

För att vara rättvis, att beräkna omfattningen av en beboelig zon är aldrig lätt. Förutom deras avstånd från sin stjärna, yttemperaturen på en planet beror på olika återkopplingsmekanismer i atmosfären såsom växthuseffekten. Dessutom, den konventionella definitionen av en beboelig zon förutsätter existensen av "jordliknande" förhållanden.

Detta innebär en atmosfär som är rik på kväve, syre, koldioxid och vatten, och stabiliserad av samma karbonat-silikat geokemiska cykelprocess som finns på jorden. I denna process, sedimentation och vittring gör att silikatbergarter blir kolhaltiga medan geologisk aktivitet gör att kolbergarter åter blir silikatbaserade.

Detta leder till en återkopplingsslinga som säkerställer att koldioxidnivåerna i atmosfären förblir relativt stabila, vilket möjliggör en ökning av yttemperaturen. Ju närmare planeten den inre kanten av den beboeliga zonen, desto mindre koldioxid behövs för att detta ska ske. Som Schwieterman förklarade i en ny artikel av MIT Technology Review:"Men för de mellersta och yttre regionerna av den beboeliga zonen, Atmosfäriska koldioxidkoncentrationer måste vara mycket högre för att upprätthålla temperaturer som gynnar flytande ytvatten."

För att illustrera, laget använde Kepler-62f som exempel. Det är en superjord som kretsar kring en stjärna av K-typ (något mindre och svagare än solen) som ligger cirka 990 ljusår från jorden. Denna planet kretsar runt sin stjärna på ungefär samma avstånd som Venus gör solen, men stjärnans lägre massa betyder att den är i ytterkanten av den beboeliga zonen.

När det upptäcktes 2013, denna planet ansågs vara en bra kandidat för utomjordiskt liv, förutsatt närvaron av en tillräcklig växthuseffekt. Dock, Schwieterman och hans kollegor beräknade att det skulle ta 1, 000 gånger mer koldioxid (300 till 500 kilopascal) än vad som fanns på jorden när komplexa livsformer först utvecklades (ca. 1,85 miljarder år sedan).

Dock, denna mängd koldioxid skulle vara giftig för de flesta komplexa livsformer här på jorden. Som ett resultat, Kepler-62f skulle inte vara en lämplig kandidat för livet, även om det var tillräckligt varmt för att ha flytande vatten. När de väl tagit hänsyn till dessa fysiologiska begränsningar, Schwieterman och hans team drog slutsatsen att den beboeliga zonen för komplext liv måste vara betydligt smalare – en fjärdedel av vad som tidigare uppskattats.

Schwieterman och hans kollegor beräknade också att vissa exoplaneter sannolikt kommer att ha högre nivåer av kolmonoxid eftersom de kretsar kring kalla stjärnor. Detta sätter en betydande begränsning på de beboeliga zonerna av röda dvärgstjärnor, som råkar stå för 75 procent av stjärnorna i universum – och som anses vara den mest sannolika platsen för att hitta planeter som är jordnära (dvs steniga) i naturen.

Dessa fynd kan få drastiska konsekvenser för vad forskare anser vara potentiellt beboeligt, för att inte tala om gränserna för en stjärnas beboeliga zon. Schwieterman sa:"En implikation är att vi kanske inte förväntar oss att hitta tecken på intelligent liv eller teknosignaturer på planeter som kretsar kring sena M-dvärgar eller på potentiellt beboeliga planeter nära den yttre kanten av deras beboeliga zoner."

För att komplicera saken ytterligare, denna studie är en av flera för att lägga ytterligare begränsningar på vad som kunde anses vara beboeliga planeter på senare tid. Bara under 2019 forskning har utförts som visar hur system med röda dvärgstjärnor kanske inte har de nödvändiga råvarorna för att liv ska bildas, och att röda dvärgstjärnor kanske inte ger tillräckligt med fotoner för att fotosyntes ska kunna ske.

Allt detta bidrar till den distinkta möjligheten att livet i vår galax kan vara sällsyntare än man tidigare trott. Men självklart, att veta med all säkerhet vad gränserna för beboelighet är kommer att kräva fler studier. Lyckligtvis, vi behöver inte vänta för länge för att få reda på det, eftersom flera nästa generations teleskop kommer att tas i drift under det kommande decenniet.

Dessa inkluderar James Webb Space Telescope (JWST), Extremely Large Telescope (ELT) och Giant Magellan Telescope (GMT). Dessa och andra banbrytande instrument förväntas möjliggöra mycket mer detaljerade studier och karakteriseringar av exoplaneter. Och när de gör det, vi får en bättre uppfattning om hur troligt livet är där ute.