17.04.2025, Сара Коллинз, University of Cambridge
Астрономы обнаружили самые многообещающие признаки возможного существования биосигнатуры за пределами Солнечной системы, хотя они по-прежнему проявляют осторожность.
Используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), астрономы под руководством Кембриджского университета обнаружили химические следы диметилсульфида (DMS) и/или диметилдисульфида (DMDS) в атмосфере экзопланеты K2-18b, которая вращается вокруг своей звезды в обитаемой зоне.
На Земле DMS и DMDS производятся только жизнью, и в основном микробной жизнью, такой как морской фитопланктон. Хотя неизвестный химический процесс может быть источником этих молекул в атмосфере K2-18b, результаты являются самым веским доказательством того, что жизнь может существовать на планете за пределами нашей Солнечной системы.
Наблюдения достигли уровня статистической значимости «три сигмы», что означает, что вероятность того, что они произошли случайно, составляет 0,3%. Чтобы достичь принятой классификации научного открытия, наблюдения должны были бы преодолеть порог пяти сигм, что означает, что вероятность того, что они произошли случайно, была бы ниже 0,00006%.
Исследователи говорят, что от 16 до 24 часов последующего наблюдения с JWST могут помочь им достичь важнейшей значимости пяти сигм. Их результаты представлены в The Astrophysical Journal Letters.
Более ранние наблюдения за K2-18b, которая в 8,6 раза массивнее и в 2,6 раза больше Земли и находится в 124 световых годах от нас в созвездии Льва, выявили наличие метана и углекислого газа в ее атмосфере. Это был первый случай, когда в атмосфере экзопланеты в обитаемой зоне были обнаружены молекулы на основе углерода. Эти результаты соответствовали прогнозам для «гикейской» планеты: обитаемого мира, покрытого океаном, под атмосферой, богатой водородом.
Однако другой, более слабый сигнал намекнул на возможность чего-то еще, происходящего на K2-18b. «Мы не знали наверняка, был ли сигнал, который мы видели в прошлый раз, следствием DMS, но даже намек на него был достаточно захватывающим для нас, чтобы еще раз взглянуть на JWST, используя другой инструмент», — сказал профессор Никку Мадхусудхан из Кембриджского института астрономии, который руководил исследованием.
Чтобы определить химический состав атмосфер далеких планет, астрономы анализируют свет от ее родительской звезды, когда планета проходит перед звездой, если смотреть с Земли. Во время транзита K2-18b JWST может обнаружить падение яркости звезды, и крошечная часть звездного света проходит через атмосферу планеты, прежде чем достичь Земли. Поглощение части звездного света в атмосфере планеты оставляет отпечатки в звездном спектре, которые астрономы могут собрать воедино, чтобы определить составляющие газы атмосферы экзопланеты.
Предыдущее предварительное заключение о DMS было сделано с использованием инструментов NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) и NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) от JWST, которые вместе охватывают ближний инфракрасный (0,8-5 микрон) диапазон длин волн. Новое независимое наблюдение использовало MIRI (Mid-Infrared Instrument) от JWST в среднем инфракрасном (6-12 микрон) диапазоне.
«Это независимая линия доказательств, использующая другой инструмент, чем мы делали раньше, и другой диапазон длин волн света, где нет совпадений с предыдущими наблюдениями, — сказал Мадхусудхан. — Сигнал прошел сильный и четкий».
«Это было невероятное осознание того, что результаты появляются и остаются неизменными во время проведения обширного независимого анализа и проверки на надежность», — сказал соавтор Монс Холмберг, научный сотрудник Space Telescope Science Institute в Балтиморе, США.
DMS и DMDS — это молекулы из одного химического семейства, и обе, как предполагается, являются биосигнатурами. Обе молекулы имеют перекрывающиеся спектральные характеристики в наблюдаемом диапазоне длин волн, хотя дальнейшие наблюдения помогут дифференцировать эти две молекулы.
Однако концентрации DMS и DMDS в атмосфере K2-18b сильно отличаются от земных, где они обычно ниже одной части на миллиард по объему. На K2-18b они, по оценкам, в тысячи раз сильнее — более десяти частей на миллион.
«Более ранние теоретические работы предсказывали, что высокие уровни газов на основе серы, таких как DMS и DMDS, возможны на мирах Hycean, — сказал Мадхусудхан. — И теперь мы это наблюдали, в соответствии с тем, что было предсказано. Учитывая все, что мы знаем об этой планете, мир Hycean с океаном, кишащим жизнью, — это сценарий, который лучше всего соответствует имеющимся у нас данным».
Мадхусудхан говорит, что хотя результаты и захватывающие, крайне важно получить больше данных, прежде чем утверждать, что жизнь была обнаружена в другом мире. Он говорит, что хотя он и настроен осторожно оптимистично, на K2-18b могут происходить ранее неизвестные химические процессы, которые могут объяснить наблюдения. Работая с коллегами, он надеется провести дальнейшую теоретическую и экспериментальную работу, чтобы определить, могут ли DMS и DMDS производиться небиологическим путем в тех условиях, которые предполагаются в настоящее время.
«Вывод об этих молекулах биосигнатур ставит глубокие вопросы относительно процессов, которые могут их производить», — сказал соавтор Субхаджит Саркар из Кардиффского университета.
«Наша работа является отправной точкой для всех исследований, которые теперь необходимы для подтверждения и понимания последствий этих захватывающих открытий», — сказал соавтор Саввас Константину, также из Кембриджского института астрономии.
«Важно, чтобы мы были глубоко скептически настроены по отношению к собственным результатам, потому что только путем повторных наблюдений мы сможем достичь точки, в которой будем в них уверены, — сказал Мадхусудхан. — Вот как должна работать наука».
Хотя Мадхусудхан пока не заявляет об окончательном открытии, он утверждает, что с помощью таких мощных инструментов, как JWST, и будущих запланированных телескопов человечество делает новые шаги к ответу на самый важный из вопросов: одиноки ли мы?
«Через десятилетия мы, возможно, оглянемся на этот момент времени и осознаем, что именно тогда живая вселенная оказалась в пределах досягаемости, — сказал Мадхусудхан. — Это может стать переломным моментом, когда фундаментальный вопрос о том, одиноки ли мы во вселенной, внезапно станет вопросом, на который мы сможем ответить».
Космический телескоп Джеймса Уэбба — это совместный проект NASA, ESA и Канадского космического агентства (CSA). Исследование поддерживается грантом Frontier Research Grant от UK Research and Innovation (UKRI).
Чтобы узнать больше о мирах Hycean, посетите hycean.group.cam.ac.uk.
Ссылка на научную работу:
Никку Мадхусудхан и др. «Новые ограничения на DMS и DMDS в атмосфере K2-18b от JWST MIRI». Письма в Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/adc1c8
Перевод: Александр Тарлаковский (блог tay-ceti)
Оригинал: Strongest hints yet of biological activity outside the solar system
