Астрономы предложили использовать изопрен в качестве биомаркера
Астрономы предложили расширить список потенциальных биомаркеров и внести в него газ изопрен. Это соединение на Земле продуцируют многие типы организмов, и оно может существовать в бедных кислородом атмосферах суперземель, где его будут генерировать бактерии. Статья опубликована в журнале Astrobiology.
За последнюю пару десятилетий были подтверждены открытия почти пяти тысяч экзопланет, многие из них, как считают ученые, обладают твердой поверхностью и попадают в зону обитаемости — то есть температурный режим на них допускает существование жидкой воды. Поэтому астрономы нуждаются в наборе признаков, которые, с одной стороны, могут указывать на присутствие живых организмов, с другой — будут доступны для существующих и перспективных средств наблюдения. Лучше всего на эту роль подходят особенности состава атмосферы. Ожидается, что будущий космический телескоп «Джеймс Уэбб» и новые наземные телескопы, такие как GMT (Giant Magellan Telescope), ELT (Extremely Large Telescope) и TMT (Thirty Meter Telescope), смогут проводить исследования атмосфер скалистых экзопланет, обращающихся вокруг близких к Солнцу красных карликов.
Химические элементы и соединения, которые могут быть связаны с жизнедеятельностью внеземных организмов, называются биосигнатурами (или биомаркерами). К ним относятся кислород, водяной пар, углекислый газ, метан, озон, закись азота, диметилсульфид, диметилдисульфид, хлорметан, а также фосфин, обнаружение которого в атмосфере Венеры недавно взбудоражило научное сообщество. В качестве косвенных биосигнатур могут рассматриваться соединения, связанные с вулканизмом на планетах, такие как сероводород, диоксид серы, угарный газ и молекулярный водород.
Группа астрономов во главе с Чжучаном Чжаном (Zhuchang Zhan) из Массачусетского технологического института предложила расширить список потенциальных биомаркеров, внеся в него изопрен (C5H8). В обычных условиях он представляет собой бесцветную летучую жидкость и на Земле создается разнообразными организмами, включая водоросли, животных, бактерии, грибы, растения и протисты, причем за производство 90 процентов изопрена в мире отвечают именно растения, в основном, тропические. В год на Земле образуется 400-600 мегатонн изопрена, что сравнимо с производством метана. В атмосфере нашей планеты изопрен существует менее трех часов и рассматривается как прародитель органических аэрозолей, так как быстро разрушается, например в результате реакций с кислородосодержащими соединениями, такими как озон и радикалы O· и ·OH.
Так как для биосинтеза изопрена не требуется молекулярный кислород, этот газ в принципе может создаваться анаэробными организмами (в частности бактериями) в бедной кислородом атмосфере экзопланеты, считают ученые. В этом случае он будет способен накапливаться в ней, и время жизни молекул изопрена увеличится. В частности, в течение первых 2,4 миллиарда лет жизни нашей планеты в ее атмосфере не было кислорода, и изопрен мог накапливаться в ней до доступных для обнаружения уровней. Обнаружить изопрен можно по ряду особенностей в спектрах, проявляющихся в инфракрасном диапазоне.
Исследователи определили, что будущему космическому телескопу «Джеймс Уэбб» будет по силам отыскать изопрен в богатой молекулярным водородом атмосфере экзопланеты, размером с суперземлю или больше, во время ее прохождения по диску своего красного карлика. При этом необходимо, чтобы изопрен создавался в атмосфере экзопланеты в 10–100 раз активнее, чем на Земле, чтобы данные были достоверными. Еще одна сложность заключается в возможности спутать некоторые спектральные характеристики изопрена с характеристиками метана и некоторых других углеводородов. Тем не менее, по мнению ученых, изопрен стоит добавить в список потенциальных биосигнатурных газов.
О том, откуда берутся биомаркеры и как астрономы их ищут и анализируют, можно узнать из материала «Кто наследил?».
Александр Войтюк
Это первый известный гидрид металлов в атмосферах экзопланет
Астрономы при помощи наземных телескопов достоверно обнаружили гидрид хрома в атмосфере горячего юпитера WASP-31b. Это первый случай подтвержденного открытия гидрида металлов в атмосферах экзопланет. Статья опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters. Линии гидридов и оксидов металлов используются астрофизиками при спектроскопических исследованиях атмосфер очень холодных звезд и коричневых карликов для их классификации и определения некоторых свойств — например, металличности или наличия облаков. Горячие экзогиганты могут обладать температурой, сравнимой с температурой коричневых карликов (а порой и звезд), поэтому в них тоже можно найти оксиды и гидриды металлов, которые влияют на свойства их атмосфер, например, вызывают температурную инверсию. Неоднократные поиски на горячих и теплых экзопланетах гидридов железа и хрома уже давали интересные кандидатуры, однако эти результаты основаны на спектроскопии низкого разрешения, что затрудняет достоверную идентификацию различных соединений и не позволяет сделать однозначных выводов. Группа астрономов во главе с Лаурой Флэгг (Laura Flagg) из Корнеллского университета сообщила об однозначном обнаружении гидрида хрома (CrH) в атмосфере горячего юпитера WASP-31b. Для этого ученые проанализировали данные спектроскопических наблюдений высокого разрешения, проведенных при помощи спектрографов GRACES и UVES, установленных на наземных телескопах «Джемини-Север» и VLT. Наблюдения велись в 2017 и 2022 году, во время транзитов планеты по диску звезды. Масса WASP-31b оценивается в 0,478 массы Юпитера, а радиус — в 1,549 радиуса Юпитера, она совершает один оборот вокруг своей звезды спектрального класса F5 за 3,4 дня и обладает равновесной температурой 1481 кельвин, а также очень низкой плотностью. Ранее в атмосфере экзопланеты уже был обнаружен гидрид хрома, однако тогда данные казались не до конца убедительными — статистическая значимость открытия составила 3,3 сигма. В текущем исследовании статистическая значимость обнаружения гидрида хрома составляет 5,6 сигма, что делает WASP-31b первой экзопланетой с подтвержденным наличием гидрида металла. Авторы отмечают, что текущие возможности наземной спектроскопии высокого разрешения для поисков гидридов и оксидов металлов на других экзопланетах ограничены и для новых открытий стоит использовать космические телескопы, такие как «Джеймс Уэбб», а также будущие крупные наземные телескопы следующего поколения. Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые отыскали барий, самарий и тербий в атмосферах ультрагорячих юпитеров — это самые тяжелые найденные на сегодня элементы в атмосферах экзопланет.