Новое исследование астрономов из Университета штата Сан-Диего (США), размещённое на сервере препринтов arXiv и представленное на конференции Американского астрономического общества, поставило под серьёзное сомнение перспективы возникновения сложной многоклеточной жизни на планетах, вращающихся вокруг красных карликов — самых распространённых звёзд в галактике. Основной вывод: недостаток активного света для фотосинтеза делает крайне маловероятным накопление атмосферного кислорода и появление сложных организмов, подобных земным животным и растениям.
Кто такие красные карлики и почему они важны
Красные карлики — это низкомассивные, холодные и тусклые звёзды спектрального класса M, составляющие примерно три четверти всех звёзд Млечного Пути. Они живут намного дольше Солнца, до сотен миллиардов и даже триллионов лет, и вокруг них обнаружено множество землеподобных экзопланет в так называемой зонe обитаемости — области, где температура на поверхности могла бы позволить существовать жидкой воде.
Эта распространённость и долгая жизнь делала красные карлики привлекательными кандидатами для поиска потенциально обитаемых миров. Однако новое исследование указывает на глубинную физическую проблему: звёзд света слишком мало, чтобы обеспечить условия, необходимые для развития сложной жизни, по крайней мере такой, как на Земле.
Почему недостаток света — ключевая проблема
На Земле фотосинтез — процесс, при котором организмы преобразуют энергию света в химическую энергию — стал фундаментом для накопления кислорода в атмосфере. Великая кислородная революция (Great Oxygenation Event), начавшаяся примерно 2,3 млрд лет назад, вызвала массовое накопление свободного кислорода, который стал критически важным для появления многоклеточных организмов и, в конечном счёте, для сложной жизни.
Для фотосинтеза на Земле важна энергия фотосинтетически активного излучения (PAR) — света в диапазоне длин волн примерно от 400 до 700 нм, который эффективно поглощается пигментами растений и цианобактерий. Солнце, звезда жёлтого карлика, испускает достаточно фотонов в этом диапазоне, чтобы обеспечить фотосинтез и последующее накопление кислорода.
Красные карлики, напротив, излучают большую часть своей энергии в инфракрасных длин волны, которые в существенно меньшей степени подходят для земного типа фотосинтеза. Таким образом, даже если планета находится в зоне, где температура позволяет существовать жидкой воде, фотосинтетически активного света будет слишком мало для быстрого накопления кислорода.
Моделирование процесса на примере TRAPPIST-1e
Авторы исследования использовали систему TRAPPIST-1 — красного карлика с семью землеподобными планетами, три из которых находятся в обитаемой зоне — в качестве примера. Согласно расчётам, экзопланета TRAPPIST-1e, получая энергию от своей звезды, получает примерно 0,9 % фотосинтетически активной радиации, которую Земля получает от Солнца.
Если принять, что процесс накопления кислорода зависит от доступной для фотосинтеза энергии, авторы рассчитали, что для выхода на уровень кислорода, аналогичный земному, потребовалось бы порядка ~63 млрд лет — что во много раз превышает возраст Вселенной (~13,8 млрд лет).
Даже с учётом некоторых оптимистичных предположений — например, если организмы могли бы использовать более широкий спектр длин волн, включая ближний инфракрасный свет — расчётный срок падал до диапазона от примерно 1 до 5 млрд лет, что всё равно близко к возрасту Земли, но для землеподобной эволюции маловероятно для планет у красных карликов.
Возможность простейшей жизни, но не сложной
Важно отметить, что вывод о маловероятности сложной жизни вокруг красных карликов не означает, что жизнь в принципе невозможна на этих планетах. Условия низкой освещённости могут позволять существование простых, низкоэнергетических микроорганизмов — аналогов земных бактерий — особенно если они способны использовать некислородные типы фотосинтеза или метаболизм, не зависящий от кислорода.
Например, некоторые земные бактерии способны использовать инфракрасный свет в процессах, не связанных с выделением кислорода. Такие формы жизни могли бы существовать в тёмных, тусклых условиях красных карликов, но они не создают кислородной атмосферы и не ведут к появлению сложных организмов, как животные или растения Земли.
Что это значит для поиска жизни во Вселенной
Красные карлики — самые многочисленные звёзды в галактике и часто являются целями поиска экзопланет, пригодных для жизни. Но результаты нового исследования показывают, что распространённость этих звёзд не обязательно означает распространённость сложной жизни: нехватка фотосинтетически активного света может ограничивать возможность развития устойчивых биосфер, подобных земной, с богатыми экосистемами многоклеточных организмов.
Вместе с энергетическими ограничениям красных карликов астрофизики также учитывают другие препятствия: частые мощные вспышки и излучение, которые могут повредить атмосферу планеты или препятствовать её сохранению, что ещё более осложняет условия для устойчивой жизни.
Ограничения выводов и неопределённости
Авторы исследования подчёркивают, что их выводы основаны на аналогиях с земной биосферой: потребность в кислороде и фотосинтетически активном свете для развития сложной жизни. Если базовые биологические предпосылки на других планетах отличаются от земных — например, если организмы обходятся без кислорода или используют энергию иначе — эти выводы могли бы измениться. Однако на текущий момент нет убедительных доказательств, что такие альтернативные пути ведут к сложной жизни, аналогичной земной.
Заключение
Новое исследование указывает, что планеты возле тусклых красных карликов вряд ли смогут поддерживать сложные формы жизни, подобные животным и растениям Земли, из-за недостатка фотосинтетически активного света и связанных с этим проблем с накоплением кислорода. Это ограничение, вместе с другими факторами, такими как звездные вспышки и условия приливного захвата, делает системы красных карликов менее перспективными в поисках развитой жизни, чем звёзды, подобные Солнцу.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
