מחקר חדש בעזרת טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א על K2-18 b, כוכב לכת חוץ-שמשי המסיבי פי 8.6 מכדור הארץ, חשף נוכחות של מולקולות נושאות פחמן כולל מתאן ופחמן דו חמצני. התגלית של ווב מוסיפה למחקרים עדכניים המצביעים על כך ש-K2-18 b יכול להיות כוכב לכת חוץ-שמשי "מימנוסי" (הֶלְחֵם של "מימן" ו"אוקיינוס", ובאנגלית: Hycean exoplanet), כזה שיש לו פוטנציאל להחזיק אטמוספירה עשירה במימן ופני שטח מכוסים מים.
התובנה הראשונה לגבי המאפיינים האטמוספריים של כוכב הלכת החוץ-שמשי הזה באזור ישיב (במרחק הנכון מהשמש שלו כדי לאפשר את קיומם של מים נוזלים על פני השטח) הגיעה מתצפיות של טלסקופ החלל האבל של נאס"א, מה שהוביל למחקרים נוספים ששינו מאז את הבנתנו של המערכת.
כוכב הלכת K2-18 b מקיף את הכוכב הננס האדום K2-18 באזור ישיב ונמצא במרחק של 120 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים אריה. כוכבי לכת חוץ-שמשיים כמו K2-18 b, בגדלים בין זה של כדור הארץ וזה של נפטון, אינם דומים לשום דבר במערכת השמש שלנו. היעדר זה של כוכבי לכת קרובים דומים פירושו ש"מיני-נפטוניים" ("sub-Neptunes") אלה אינם מובנים היטב, ואופי האטמוספירה שלהם הוא עניין למחלוקת פעילה בין אסטרונומים.
ההצעה שמיני-נפטון K2-18 b יכול להיות כוכב לכת חוץ-שמשי מימנוסי מסקרנת, מכיוון שכמה אסטרונומים מאמינים שעולמות אלה מבטיחים סביבות מתאימות לחיפוש ראיות לחיים על כוכבי לכת חוץ-שמשיים.
"הממצאים שלנו מדגישים את החשיבות של התחשבות בסביבות ישיבות מגוונות בחיפוש אחר חיים במקומות אחרים", הסביר ניקו מדחוסודאן (Nikku Madhusudhan), אסטרונום מאוניברסיטת קיימברידג' והמחבר הראשי של המאמר שהכריז על תוצאות אלה. "באופן מסורתי, החיפוש אחר חיים על כוכבי לכת חוץ-שמשיים התמקד בעיקר בכוכבי לכת סלעיים קטנים יותר, אבל העולמות המימנוסים הגדולים יותר באופן משמעותי מתאימים יותר לתצפיות אטמוספריות".
השפע והפרופורציות של פחמן דו חמצני ומתאן והמחסור באמוניה תואמים את קיומו של אוקיינוס מים מתחת לאטמוספירה עשירה במימן. טלסקופ האבל של נאס"א זיהה נוכחות של אדי מים בעבר, וזו הסיבה שכוכב הלכת K2-18 b, היה אחד הראשונים שנחקרו על ידי ווב החזק הרבה יותר, אבל האפשרות של אוקיינוס היא צעד גדול קדימה.
היכולת של כוכב לכת לתמוך בחיים תלויה בטמפרטורה שלו, בנוכחות פחמן וככל הנראה מים נוזליים. נראה כי תצפיות מטלסקופ החלל ווב מצביעות על כך ש-K2-18 b מסמן את כל התיבות הללו. אבל רק בגלל שלכוכב יש פוטנציאל לתמוך בחיים זה לא אומר שזה אכן כך, אך כעת תצפיות ראשוניות אלה של ווב סיפקו גם זיהוי אפשרי של מולקולה בשם דימתיל גופרתי (DMS) וזהו הממצא המפתה והמסקרן ביותר במחקר החדש.
להבדיל ממתאן למשל, שיכול להיווצר הן בתהליכים ביולוגיים והן בתהליכים לא-ביולוגיים, למשל מהתפרצויות געשיות, דימתיל גופרתי היא מולקולה שנוצרת בכדור הארץ באופן בלעדי על ידי יצורים ביולוגיים. אפשר למצוא כמויות זעירות של דימתיל גופרתי בבירה, ביין, בפירות וירקות, ובגבינות מיושנות – אבל כולנו מכירים אותו כ"ריח הים", שכן הוא נפלט בכמויות גדולות מאוד לאטמוספרה כאשר חיידקים מפרקים פיטופלנקטון – אצות זעירות החיות במים מלוחים ומתוקים וניזונות מאור השמש.
אם אמנם נמצא דימתיל גופרתי באטמוספרה של כוכב הלכת החוץ-שמשי K2-18 b, זוהי חתימה ביולוגית חסרת תקדים, שבהחלט עשויה להצביע על קיומם של חיים פשוטים דמויי פיטופלנקטון – וחיים פשוטים עוד יותר דמויי חיידקים שמפרקים אותם במותם – על פני האוקיינוס הגלובלי.
הראיות לקיומה של מולקולת DMS אינן חזקות כמו הראיות לקיומם של פחמן דו-חמצני ומתאן והן דורשות אימות נוסף. "תצפיות עתידיות של ווב אמורות להיות מסוגלות לאשר אם DMS אכן קיים באטמוספירה של K2-18 b ברמות משמעותיות", הסביר מדחוסודאן. תוצאות אלו צפויות בעוד שנה. ''אם יאושר, זה יהיה עניין עצום ואני מרגיש אחריות לעשות את זה נכון אם אנו מעלים טענה כל כך גדולה''.
זו הפעם הראשונה שאסטרונומים מזהים אפשרות של DMS בכוכב לכת המקיף כוכב מרוחק. אבל הם מתייחסים לתוצאות בזהירות, ומציינים שטענה שהועלתה בשנת 2020 לגבי נוכחות של מולקולה אחרת, הנקראת פוספין, שעשויה להיות מיוצרת על ידי אורגניזמים חיים בענני נוגה, הפכה שנויה במחלוקת שנה לאחר מכן.
למרות זאת, ד"ר רוברט מאסי (Dr Robert Massey), שאינו קשור במחקר וסגן מנהל האגודה המלכותית לאסטרונומיה בלונדון (Royal Astronomical Society), אמר שהוא נרגש מהתוצאות. "אנחנו מתקדמים לאט לאט לעבר הנקודה שבה נוכל לענות על השאלה הגדולה של האם אנחנו לבד ביקום או לא", אמר. ''אני אופטימי שיום אחד נמצא סימני חיים. אולי זה יהיה זה, אולי בעוד 10 או אפילו 50 שנה יהיו לנו ראיות כל כך משכנעות שזה יהיה ההסבר הכי טוב''.
בעוד ש-K2-18 b שוכן באזור הישיב, וכיום ידוע שהוא מכיל מולקולות נושאות פחמן, זה לא אומר בהכרח שכוכב הלכת יכול לתמוך בחיים. גודלו הגדול של כוכב הלכת - עם רדיוס פי 2.6 מרדיוס כדור הארץ - פירושו שחלקו הפנימי של כוכב הלכת מכיל ככל הנראה מעטפת גדולה (mantle) של קרח בלחץ גבוה, כמו נפטון, אך עם אטמוספירה דקה יותר עשירה במימן ופני שטח עם אוקינוס. בעולמות המימנוסים צפויים אוקיינוסים של מים. עם זאת, ייתכן גם שהאוקיינוס חם מכדי להיות ישיב או להיות נוזלי.
"למרות שסוג זה של כוכבי לכת אינו קיים במערכת השמש שלנו, מיני-נפטון הוא הסוג הנפוץ ביותר הידוע עד כה של כוכבי לכת בגלקסיה", הסביר חבר הצוות סובהג'יט סרקר (Subhajit Sarkar) מאוניברסיטת קרדיף. "השגנו את הספקטרום המפורט ביותר עד כה של מיני-נפטון באזור ישיב, וזה איפשר לנו לחשב את המולקולות הקיימות באטמוספירה שלו."
אפיון האטמוספרות של כוכבי לכת כמו K2-18 b - כלומר זיהוי הגזים והתנאים הפיזיים שלהם - הוא תחום פעיל מאד באסטרונומיה. עם זאת, כוכבי הלכת הללו מתעלמים - פשוטו כמשמעו - מהבוהק של כוכבי האם הגדולים בהרבה, מה שהופך את מחקר אטמוספרות כוכבי הלכת למאתגר במיוחד.
הצוות צלח את האתגר הזה על ידי ניתוח האור מכוכב האם של K2-18 b בזמן שהוא עבר באטמוספרה של כוכב הלכת החוץ שמשי. K2-18 b הוא כוכב לכת חוץ-שמשי טרנזיטי (transiting exoplanet), כלומר אנו יכולים לזהות ירידה בבהירות כשהוא עובר על פני כוכב האם שלו. כך התגלה לראשונה כוכב הלכת החוץ-שמשי בשנת 2015 במסגרת משימת K2 של נאס"א. משמעות הדבר היא שבמהלך מעברים חלק זעיר של אור כוכב יעבור באטמוספירה של כוכב הלכת החוץ-שמשי לפני שיגיע לטלסקופים כמו ווב.
המעבר של אור הכוכב באטמוספרה של כוכב הלכת החוץ שמשי מותיר עקבות שאסטרונומים יכולים לחבר יחד כדי לקבוע את הגזים של האטמוספרה של כוכב הלכת החוץ-שמשי, הוא מכיל את החתימה הכימית של מולקולות באטמוספירה שלו. ניתן לפענח את הפרטים על ידי פיצול האור לתדרים המרכיבים אותו - ממש כמו פריזמה שיוצרת ספקטרום קשת. אם חסרים חלקים מהספקטרום שנוצר, הוא נספג בכימיקלים באטמוספירה של כוכב הלכת, מה שמאפשר לחוקרים לגלות את הרכבה. ההישג מדהים על אחת כמה וכמה מכיוון שכוכב הלכת נמצא במרחק של יותר מ-1.1 מיליון מיליארד ק"מ, כך שכמות האור המגיעה לטלסקופ החלל היא זעירה.
"תוצאה זו הייתה אפשרית רק בגלל טווח אורכי הגל המורחב והרגישות חסרת התקדים של ווב, שאפשרה זיהוי מוצק של תכונות ספקטרליות עם שני מעברים בלבד", אמר מדחוסודאן. "לשם השוואה, תצפית מעבר אחת עם ווב סיפקה דיוק דומה לשמונה תצפיות עם האבל שנערכו במשך כמה שנים ובטווח אורכי גל צר יחסית".
"תוצאות אלו הן תוצר של שתי תצפיות בלבד של K2-18 b, עם עוד רבות אחרות בדרך", הסביר חבר הצוות סאווס קונסטנטינו (Savvas Constantinou) מאוניברסיטת קיימברידג'. "זה אומר שהעבודה שלנו כאן היא רק הדגמה מוקדמת של על מה ווב יכול להתבונן בכוכבי לכת חוץ-שמשיים באזורים ישיבים."
זאת הפעם הראשונה בהיסטוריה שבה אסטרונומים מוצאים מולקולות פחמימניות באטמוספרה של כוכב לכת שנמצא באזור הישיב. כל החיים בכדור הארץ מבוססים על פחמן, ולכן אסטרונומים סבורים שפחמן נחשב לתנאי הכרחי לקיומם של חיים כפי שאנו מכירים אותם. מתאן, באופן ספציפי, עשוי להיות סימן מובהק לחיים, שכן הגז נוטה להתפרק באור השמש, מה שאומר שכדי לחדש את המלאי באטמוספרה, ייתכן שקיימים אורגניזמים כלשהם שממשיכים לפלוט אותו, כמו שקורה כאן, בכדור הארץ.
מקורות:
