Az úgynevezett lakhatósági zóna az a terület egy csillag körül, ahol egy légkörrel rendelkező bolygón a felszíni hőmérséklet pont megfelelő arra, hogy a víz folyékony állapotú maradjon rajta. Bár sok csillagász foglalkozik a lakhatósági zónával, még mindig nem létezik rá pontos definíció.

Művészi illusztráció egy földméretű bolygóról csillaga lakhatósági zónájában. (Forrás: NASA / Ames / JPL-Caltech)

Cassandra Hall (University of Georgia) és munkatársai legújabb tanulmányukban azonosítják a lakhatósági zónának azt a részét, ahol létrejöhet a fotoszintézis. Ez az a terület, ahol a legnagyobb valószínűséggel találunk olyan bolygót, amelyen létrejöhetnek életre utaló nyomok, vegyi bioszignatúrák. Ez segíthet a lakható bolygók megtalálásában. Munkájukat a The Astrophysical Journal Letters című lap fogadta el közlésre.

A lakhatósági zóna (a korong zöld régiója) elhelyezkedése a csillag hőmérsékletének függvényében. A belső vörös régió azt a területet mutatja, amely túl forró a folyékony vízhez, míg a külső, kék régió túl hideg hozzá. (Forrás: NASA / Kepler Mission / Dana Berry)

Minden általunk ismert élet közvetlenül vagy közvetetten a fotoszintézistől függ. Hall és munkatársai most megfogalmazták a fotoszintetikus zóna definícióját, amelyen belül a fotoszintetikus folyamatok több oxigént termelnek, mint amennyit elfogyasztanak. A definíció számításba vesz olyan tényezőket, mint a légköri csillapítás, ami befolyásolja, hogy mennyi fotoszintézisre alkalmas fény érheti el a felszínt.

A kutatók a különböző feltételekre összesen kilenc forgatókönyvet vizsgáltak meg. Ahol a fotoszintetikus zóna és a lakhatósági zóna egybeesik, ott minden esetben létrejön a fotoszintetikus lakhatósági zóna, amelyben a folyékony víz és a fotoszintézis együtt állhat fenn. A legkedvezőbb körülmények mellett a fotoszintetikus lakhatósági zóna közel olyan széles, mint a lakhatósági zóna; a legrosszabb esetben azonban egyáltalán nincs fotoszintetikus lakhatósági zóna.

Öt exobolygó, a Kepler-452 b, a Kepler-1638 b, a Kepler-1544 b, a Kepler-62 e és f folyamatosan, több forgatókönyvben is a fotoszintetikus lakhatósági zónában maradt, ezért a kutatók úgy gondolják, hogy ezek a legmegfelelőbb helyek az élet nyomainak kutatására. Bár ez az öt bolygó is lenyűgöző, maga a fotoszintetikus lakhatósági zóna a legizgalmasabb: egy olyan új elmélet, amelyet meg kell vizsgálni, hogy még több lehetőségünk legyen az élet keresésére.

A tanulmány a fotoszintetikus lakhatósági zóna (zöld) hatásait vizsgálja számos körülmény mellett. A fotoszintetikus lakhatósági zónát a kutatók a fotoszintetikus zóna (rózsaszín) és a lakhatósági zóna (kék) átfedéseként határozzák meg. Ha a légkör túl sok fényt szűr ki, a feltételek romlanak, így a növények respirációs rátája (R) csökken, viszont az élőlények kevesebbet használnak fel a rendelkezésre álló forrásokból. Az életfeltételek így javulnak. A legoptimistább forgatókönyv a jobb alsó ábrán látszik. Itt 21 olyan kőzetbolygó van a fotoszintetikus lakhatósági zónában, amelyek sugara a Földének 1,8-szorosa. (Forrás: Hall et al. / arXiv:2301.13836)

„Úgy gondolom, hogy ez az elmélet elég hasznos, amikor a Földhöz hasonló exobolygók légkörét vizsgáljuk.” – mondja Ravi Kopparapu (NASA Goddard), aki nem vett részt a kutatásban. A fotoszintetikus lakhatósági zónában lévő planéták légkörében például nagyobb eséllyel mutathatók ki az életre utaló jelek. „Én azonban inkább a hagyományos lakhatósági zónában keresném az exobolygó-jelölteket, mert biztosnak kell lennünk abban, hogy a lehető legszélesebb körben kutakodunk.”

Nem Hall az egyetlen, aki igyekszik javítani a bioszignatúrák megtalálásának feltételein. A kutatók korábban a lakhatósági zóna egyes részeit „konzervatív”, illetve „optimista” jelzővel látták el, hogy segítsék eligazodásunkat a bolygók lakhatóságával kapcsolatban. Mivel a bolygók különbözők, a kutatók mindent megvizsgáltak a kettőscsillagok lakhatósági zónájától kezdve egészen addig a kérdésig, hogy mennyiben befolyásolja a bolygótömeg az élet kilátásait.

Más kutatások azzal foglalkoztak, hogy mire van szüksége az intelligens életnek a növekedéshez. Edward Schwieterman (University of California) és munkatársai 2019-es tanulmányukban elsőként vizsgálták meg az állatszerű élet lakhatósági zónáját, figyelembe véve a mérgező gázok, például a szén-monoxid koncentrációját, amelyet a Föld különböző élőlényei képesek kezelni. Ez a lakhatósági zóna sokkal keskenyebb, mint a hagyományos Goldilocks-zóna. Kopparapu szerint Hall tanulmánya szépen kiegészíti ezt a 2019-es vizsgálatot, mivel mindkettő a különböző életformák kialakulásának lehetőségeivel foglalkozik.

Az olyan új fogalmak, mint a fotoszintetikus lakhatósági zóna vagy a komplex élet lakhatósági zónája nemcsak abban segítenek, hogy hol keressük az életet, de abban is, hogy milyen eszközökre lesz szükségünk a kutatás során.

Forrás: Sky & Telescope