Även om exoplanetvetenskapen har utvecklats avsevärt under det senaste decenniet eller två, är vi fortfarande i en olycklig situation. Forskare kan bara göra kvalificerade gissningar om vilka exoplaneter som kan vara beboeliga. Även den närmaste exoplaneten är fyra ljusår bort, och även om fyra är ett litet heltal är avståndet enormt.
Det hindrar dock inte forskare från att försöka få ihop saker.
En av de mest följdfrågor inom exoplanetvetenskap och beboelighet rör röda dvärgar. Det finns gott om röda dvärgar och forskning visar att de är värd för mängder av planeter. Medan gasjättar som Jupiter är jämförelsevis sällsynta runt röda dvärgar, är det inte andra planeter. Observationsdata visar att cirka 40 % av röda dvärgar är värd för superjordiska planeter i sina beboeliga zoner.
Röda dvärgar har några saker för sig när det gäller exoplaneternas beboelighet. Dessa lågmassastjärnor har extremt lång livslängd, vilket innebär att energiuttaget är stabilt under långa tidsperioder. Så vitt vi kan säga är det en fördel för potentiell beboelighet och utvecklingen av komplext liv. Stabilitet ger livet en chans att reagera på förändringar och bestå i sina nischer.
Men röda dvärgar har också en mörk sida:blossande. Alla stjärnor blossar till en viss grad, även vår sol. Men solens blossande är inte ens i samma liga som röd dvärgblossning. Röda dvärgar kan blossa ut så kraftigt att de kan fördubbla sin ljusstyrka på mycket kort tid. Finns det något sätt att leva på röda dvärgplaneter?
Ny forskning från forskare i Portugal och Tyskland undersöker den frågan. För att testa idén om röd dvärg exoplanet beboelighet använde forskarna en vanlig typ av mögel och utsatte den för simulerad röd dvärgstrålning, skyddad endast av en simulerad marsatmosfär.
Forskningen är "Hur beboeliga är M-dvärg exoplaneter? Modellera ytförhållanden och utforska rollen av melanin i överlevnaden av Aspergillus niger-sporer under exoplanetliknande strålning." Huvudförfattare är Afonso Mota, en astrobiolog vid Aerospace Microbiology Research Group vid Institutet för Aerospace Medicine vid German Aerospace Center (DLR.) Uppsatsen har skickats till tidskriften Astrobiology och är för närvarande tillgänglig på preprint-servern arXiv .
Aspergillus niger är allestädes närvarande i jorden och är allmänt känd för det svarta mögel det kan orsaka på vissa frukter och grönsaker. Det är också en produktiv producent av melanin. Melanin absorberar ljus mycket effektivt, och hos människor produceras melanin genom exponering för UV-strålning och gör huden mörkare. Melaniner är utbredda i naturen, och extremofiler använder dem för att skydda sig själva. Melanin kan skingra upp till 99,9 % av absorberad UV. Forskare tror att uppkomsten av melaniner kan ha spelat en avgörande roll i utvecklingen av liv på jorden genom att skydda organismer från solens skadliga strålning.
I huvudsak ställer denna forskning en ganska enkel fråga. Kan Aspergillus nigers melanin hjälpa den att överleva röda dvärgblossande när den skyddas av en tunn atmosfär som Mars?
Proxima Centauri och TRAPPIST-1 är båda välkända röda dvärgar inom exoplanetvetenskapen eftersom de är värd för steniga exoplaneter i sina beboeliga zoner. Denna studie nollställer Proxima Centauri b (PCb hädanefter) och TRAPPIST-1 e (T1e hädanefter.) De har båda sannolikt temperaturer som tillåter flytande vatten att existera på deras ytor, givet de rätta atmosfäriska egenskaperna. Både PCb och T1e har sannolikt också tolererbara strålningsmiljöer.
Det är omöjligt att modellera ytförhållandena för dessa planeter perfekt, men forskare kan komma nära genom att använda det som kallas jämviktstemperaturen. Det är lättare att mäta stjärnflammning eftersom det kan observeras exakt från stora avstånd. Melaninproduktionen i A. niger är likaså välkänd. Genom att arbeta med alla tre faktorerna kunde forskarna modellera hur mögelsvampen skulle klara sig på ytan av en beboelig zonplanet runt en röd dvärg.
"Inom ramen för astrobiologi, och särskilt astromykologi, har studiet av extremotoleranta svampar visat sig avgörande för att bättre förstå gränserna för liv och beboelighet", skriver författarna. "Aspergillus niger, en extremotolerant filamentös svamp, har ofta använts som modellorganism för att studera svampöverlevnad i extrema miljöer, som växer under ett brett spektrum av förhållanden."
A. nigers sporer har en komplex och tät beläggning av melanin som skyddar dem från UV- och röntgenstrålning. De har hittats i den internationella rymdstationen, ett bevis på deras förmåga att motstå några av farorna i rymden. Även om de är terrestra, kan forskare använda dem för att studera exoplaneternas potentiella beboelighet.
I detta arbete testade forskarna överlevnadsförmågan hos sporer från A. niger i simulerade ytförhållanden av PCb och T1c, där de röda dvärgstjärnorna badar planetytorna i kraftfull UV- och röntgenstrålning.
Forskarna testade olika typer av A. niger-sporer i olika lösningar. En var en vild stam, en var en mutantstam modifierad för att producera och utsöndra pyomelanin, en av melaninerna av särskilt intresse för forskare, och den tredje var en stam med melaninbrist. Sporerna suspenderades i antingen koksaltlösningar, melaninrika lösningar eller en kontrolllösning under en tidsperiod samtidigt som de exponerades för olika mängder av både röntgen- och UV-strålning.
Efter exponering testades de tre typerna av A. niger-sporer för deras överlevnadsförmåga och livsduglighet.
Resultaten visar att A. niger skulle kunna överleva de intensiva strålningsmiljöer som kan sterilisera ytorna på röda dvärg-exoplaneter. Inte om den exponeras direkt, utan om den bara är under några millimeter jord eller vatten. "Om den inte dämpades skulle röntgenstrålar från flammor med största sannolikhet sterilisera ytan på alla studerade exoplaneter. Däremot skulle mikroorganismer som är lämpade att överleva under ytan vara opåverkade av de flesta exogena strålkällor under några millimeter jord eller vatten", förklarar forskarna. .
Vad studien går ut på är melanin. Ju mer melanin det finns, desto högre överlevnadsgrad för A. niger.
"Experimenten som utförs i denna studie bekräftar det multifunktionella syftet med melanin eftersom A. niger MA93.1-sporer grodde snabbare och mer effektivt i ett melaninrikt extrakt jämfört med de två kontrolllösningarna", skriver författarna. A. niger MA93.1 är den mutanta stam som modifierats för att producera och utsöndra melanin.
För exoplaneterna T1e och PCb är forskningen lovande för de av oss som hoppas på beboelighet på andra planeter. När det gäller UV-C-strålning kan en betydande del av sporer från prover som innehåller melanin överleva superflares som slår PCb och T1e, även med mycket liten atmosfärisk avskärmning. Exponeringen för röntgenstrålar var liknande.
Medan vi alla gillar att föreställa oss komplext liv på andra håll i universum, är det mer sannolikt att vi snubblar på världar som inte liknar jorden. Om vi hittar liv kommer det förmodligen att vara enkla organismer som hittar ett sätt att överleva i vad vi skulle betrakta som marginella eller extrema miljöer. Eftersom röda dvärgar är så vanliga, är det troligtvis där vi hittar det här livet.
Den här studien stärker den idén.
"Dessutom", skriver författarna i sin slutsats, "visade resultaten från detta arbete hur A. niger, liksom andra extremotoleranta och extremofila organismer, skulle kunna överleva hårda strålningsförhållanden på ytan av vissa M-dvärg exoplaneter."
Melaninet spelar en avgörande roll i deras potentiella överlevnad, avslutar författarna. "Dessutom har melaninrika lösningar visat sig vara mycket fördelaktiga för överlevnaden och groningen av A. niger-sporer, särskilt när de behandlas med höga doser av UV- och röntgenstrålning."
Det pågår en vetenskaplig diskussion kring den röda dvärgens exoplanets beboelighet, där blossning spelar en framträdande roll. Men den här forskningen visar att det kanske är för tidigt att skriva av sig röda dvärgar samtidigt som den kastar ljus över hur livet på jorden kan ha kommit igång.
"Dessa resultat ger en inblick i hur livsformer kan uthärda skadliga händelser och förhållanden som råder på exoplaneter och hur melanin kan ha haft en roll i livets uppkomst och utveckling på jorden och kanske på andra världar."
Mer information: Afonso Mota et al, Hur beboeliga är M-dvärg exoplaneter? Modellera ytförhållanden och utforska melaninernas roll i överlevnaden av Aspergillus niger-sporer under exoplanetliknande strålning, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2403.03403
Journalinformation: Astrobiologi , arXiv
Tillhandahålls av Universe Today
