Последствия открытия Оумуамуа для теории панспермии
19 октября 2017 года астрономы проекта Pan-STARRS впервые обнаружили межзвёздный объект (ISO), пролетающий через нашу Солнечную систему. Объект, известный как 1I/2017 U1 'Оумуамуа, вызвал значительные научные дебаты и остаётся спорным до сих пор. Все согласились с тем, что обнаружение этого объекта указывает на регулярное проникновение ISO в нашу Солнечную систему. Более того, последующие исследования показали, что некоторые из этих объектов иногда достигают Земли в виде метеоритов и падают на её поверхность.
Это поднимает важный вопрос: если ISO прибывали на Землю миллиарды лет, могли ли они принести с собой ингредиенты для жизни? В недавней статье команда исследователей рассмотрела последствия гипотезы о том, что ISO ответственны за панспермию — теорию о том, что «семена жизни» существуют по всей Вселенной и распространяются астероидами, кометами и другими небесными объектами. Согласно их результатам, ISO потенциально могут «засеять» сотни тысяч (или, возможно, миллиарды) планет земного типа по всему Млечному Пути.
Команду возглавил Дэвид Цао, старшеклассник из Thomas Jefferson High School for Science and Technology (TJSST). К нему присоединились Питер Плавчан, доцент физики и астрономии в George Mason University (GMU) и директор Mason Observatories, и Майкл Саммерс, профессор астрофизики и планетологии в GMU. Их статья «The Implications of 'Oumuamua on Panspermia» недавно была размещена на сервере препринтов arXiv и проходит рецензирование для публикации в American Astronomical Society (AAS).
Если кратко, панспермия — это теория о том, что жизнь была занесена на Землю объектами из межзвёздной среды (ISM). Согласно этой теории, эта жизнь имела форму экстремофильных бактерий, способных выживать в суровых условиях космоса. Таким образом, жизнь распространяется по космосу, пока объекты не достигают и не сталкиваются с потенциально обитаемыми планетами. Это существенно отличает панспермию от конкурирующих теорий о происхождении жизни на Земле (абиогенез), наиболее широко принятой из которых является гипотеза «мира РНК».
Эта гипотеза утверждает, что РНК предшествовала ДНК и белкам в эволюции, что в конечном итоге привело к появлению первой жизни на Земле (т.е. возникшей аутохтонно). Но, как отметил Цао в переписке, панспермию трудно оценить из-за множества различных, часто неизвестных или плохо ограниченных факторов: физических (сколько объектов столкнулось с Землёй до появления древнейших ископаемых свидетельств жизни?), биологических (могут ли экстремофилы выдержать гамма-излучение сверхновой?) и других.
Обнаружение 'Оумуамуа в 2017 году стало поворотным моментом в астрономии, поскольку это был первый наблюдаемый ISO. Сам факт его обнаружения указал на статистическую значимость таких объектов во Вселенной и на то, что ISO, вероятно, регулярно проходят через Солнечную систему. Два года спустя был обнаружен второй ISO (2I/Борисов), природа которого на этот раз не вызывала сомнений — при приближении к Солнцу у него образовался хвост, что указывало на комету.
Последующие исследования показали, что некоторые из таких объектов становятся метеоритами, падающими на Землю, и некоторые даже были идентифицированы (например, CNEOS 2014-01-08). Как объяснил Цао, обнаружение этих межзвёздных гостей также имеет последствия для панспермии и дебатов о происхождении жизни на Земле:
«'Оумуамуа служит новой точкой данных для моделей панспермии, поскольку мы можем использовать его физические свойства, особенно массу, размер (сферический радиус) и подразумеваемую плотность числа в ISM, для моделирования плотности числа и массовой плотности объектов в межзвёздной среде. Эти модели позволяют оценить плотность потока и массовый поток объектов в ISM и, с их помощью, приблизительно оценить общее количество объектов, столкнувшихся с Землёй за 0,8 миллиарда лет (гипотетический период между формированием Земли и древнейшими свидетельствами жизни). Знание общего числа столкновений за этот период жизненно важно для панспермии, так как большее число столкновений с межзвёздными объектами подразумевает более высокую вероятность панспермии».
Помимо математических моделей, учитывающих физику панспермии (плотность числа, массовая плотность, общее число столкновений и т.д.), Цао и его коллеги применили биологическую модель, описывающую минимальный размер объекта, необходимый для защиты экстремофилов от астрофизических событий (сверхновые, гамма-всплески, столкновения с крупными астероидами, пролёты звёзд и т.д.). Эти дополнительные соображения в конечном итоге влияют на количество объектов, которые упадут на Землю (и не будут стерилизованы астрофизическими источниками), и на правдоподобие панспермии.
На основе объединённых физических и биологических моделей команда получила оценки количества выбросов (ejecta), которые столкнулись с Землёй до возникновения жизни. Согласно древнейшим ископаемым свидетельствам, найденным в Западной Австралии (породы архейского эона), первые формы жизни появились примерно 3,5 миллиарда лет назад.
«Мы пришли к выводу, что максимальная вероятность того, что панспермия дала начало жизни на Земле, имеет порядок величины 10-5, или 0,001%. Хотя эта вероятность кажется низкой, в самых оптимистичных условиях в нашей галактике потенциально существует до 4×109 экзопланет в обитаемых зонах, что может указывать на 104 обитаемых миров, содержащих жизнь».
Кроме того, исследователи ограничили свой анализ первыми 0,8 миллиардами лет истории Земли, но, поскольку жизнь может быть засеяна в любой момент жизни планеты, а планеты имеют значительно более длительные обитаемые сроки жизни (до 5–10 миллиардов лет), они увеличили свою оценку общего числа обитаемых миров, содержащих жизнь в нашей галактике, на один порядок величины.
Таким образом, Цао и его коллеги получили окончательный результат: около 105 обитаемых планет в нашей галактике могут содержать жизнь. Однако эти оценки основаны на самых оптимистичных прогнозах относительно обитаемости планет. Они предполагают, что все каменистые планеты земного размера в обитаемых зонах способны поддерживать жизнь (имеют плотную атмосферу, магнитные поля, жидкую воду), и все несущие жизнь выбросы, пережившие вход в атмосферу, способны доставить микробы на поверхность.
Как резюмировал Цао, их результаты не доказывают панспермию и не разрешают спор о происхождении жизни на Земле. Тем не менее, они дают ценное представление и ограничения на возможность того, что жизнь была занесена такими объектами, как 'Оумуамуа. Эти выводы, вероятно, будут иметь важные последствия для астробиологии, которая становится всё более междисциплинарной областью, объединяющей физику, биологию и химию.