Будем ли мы знать, есть ли жизнь на TRAPPIST-1e?

Поиск экзопланет переживает сейсмический сдвиг. С запуском космических телескопов Kepler и TESS были обнаружены тысячи экзопланет косвенными методами. Однако с вводом в строй James Webb Space Telescope (JWST) фокус сместился на характеризацию — анализ спектров атмосфер экзопланет в поиске химических сигнатур жизни (биосигнатур).

Существует дискуссия о том, какие именно сигнатуры искать. Астробиология использует жизнь на Земле как шаблон, но Земля и её биосфера радикально менялись за 4 млрд лет.

Международная команда астрономов и астробиологов из Университета Эксетера, Университета Виктории и Лондонского музея естественной истории в статье "Biosignatures from pre-oxygen photosynthesizing life on TRAPPIST-1e" (опубликована в arXiv и будет в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) предложила искать жизнь на планетах вроде TRAPPIST-1e, ориентируясь на древнюю, докислородную Землю эпохи архея (~4–2.5 млрд лет назад).

TRAPPIST-1 — система с семью каменистыми планетами у холодной звезды М-типа (красный карлик). Такие звёзды нестабильны (вспышки), и вопрос обитаемости их планет остаётся открытым. Однако, поскольку у красных карликов открыто много каменистых планет (включая ближайшую — Proxima b), они — приоритетная цель для поиска жизни.

Ключевой вопрос: какие биосигнатуры искать? В архее атмосфера Земли состояла в основном из CO₂, CH₄ и вулканических газов, а жизнь была представлена анаэробными микробами. Сложная жизнь появилась гораздо позже. Согласно гипотезе Великого фильтра, простые микробные биосферы, подобные архейским, могут быть самым распространённым типом жизни во Вселенной.

"История Земли даёт множество примеров того, как могут выглядеть обитаемые экзопланеты... Если заселённые планеты следуют схожей траектории, они могут долго находиться в периоде без биосигнатур кислорода и озона", — пояснил ведущий автор исследования доктор Джейк Игер-Нэш.

Команда смоделировала условия архейской Земли: простые бактерии в океане потребляют молекулы водорода (H) или угарного газа (CO), производя углеводы как источник энергии и метан (CH₄) как отход. Это приводит к обмену газами между океаном и атмосферой, снижая концентрации H и CO и повышая CH₄.

Ключевые биосигнатуры для архейоподобной планеты:

• Наличие: метан (CH₄), диоксид углерода (CO₂) и водяной пар (H₂O).
• Отсутствие (или низкий уровень): угарный газ (CO).

Это указывает на дисбаланс в атмосфере: CH₄ и CO не могут сосуществовать долго без постоянного источника (например, жизни), поддерживающего эту неравновесность. Жизнь быстро эволюционирует, чтобы потреблять CO как источник энергии.

Важный вывод моделирования для планет у красных карликов:

"Мы обнаружили, что угарный газ, вероятно, будет присутствовать в атмосфере архейоподобной планеты, вращающейся вокруг М-карлика. Это потому, что звезда-хозяин вызывает химические процессы, приводящие к более высоким концентрациям CO по сравнению с планетой, вращающейся вокруг Солнца, даже при наличии жизни, потребляющей это соединение", — отметил Игер-Нэш.

Исследование устанавливает набор биосигнатур (H₂O, CO, CH₄) для поиска примитивной жизни на каменистых планетах архейского типа, вращающихся как вокруг солнцеподобных звёзд, так и вокруг красных карликов.