Tudományos áttörés: aktív csillagok körüli exobolygókon is létezhet élet

A mi Napunknál fiatalabb, de hozzá hasonló csillagok nagyon aktívak lehetnek. Ennek ellenére elképzelhető, hogy a körülöttük keringő exobolygókon kialakult az élet – derül ki egy az Astrobiology folyóiratban megjelent tanulmányból, amelyben két, a São Pauló-i Mackenzie egyetem rádiócsillagászati és asztrofizikai központjában dolgozó brazil kutató azt vizsgálta, hogy óriási csillagkitöréseknek milyen hatása van a kibocsátó csillag körül keringő bolygók lakhatóságára. A kutatók feltették a kérdést: vajon túlélhetik-e a különböző baktériumok a nagy intenzitású csillagkitöréseket, és arra jutottak, hogy az exobolygókon található óceánok még ózonréteg hiányában is védelmet nyújthatnak az életnek. 

Raissa Estrela és Adriana Vallo cikkében a Naphoz hasonló méretű és tömegű, közel 2.34 milliárd éves Kepler-96 csillagot elemezte. Eddig egyetlen bolygót sikerült felfedezni körülötte, a csillaghoz közel keringő, szuperföld méretű Kepler-96b-t. A Kepler-űrtávcső összesen 1364 napig figyelte meg, sok ezer más csillaggal együtt.

A Kepler-96 kifejezetten magas aktivitású, úgynevezett szuperflereket kibocsátó csillag. A flerek a csillag fényességének hirtelen növekedését jelentik, amelyeket általában koronakidobódások (CME, coronal mass ejection) kísérnek, amelyekkel nagy mennyiségű, töltött részecskékből álló plazma és elektromágneses sugárzás hagyja el a csillagot. A szuperflerek a flereknél több ezerszer erősebbek és többnyire fiatalabb csillagokra jellemzőek. A jelenség részletes vizsgálata és gyakoriságának megbecsülése a Kepler-űrtávcsővel vált lehetővé. A Kepler mérései azt is bebizonyították, hogy fiatal, Naphoz hasonló csillagok is nagyon aktívak lehetnek. Ez azt jelenti, hogy központi csillagunk jelenlegi tevékenységéhez képest gyakran bocsátanak ki sokkal erősebb flereket, szuperflereket is. Ennek során nagy mennyiségű extrém-UV és UV sugárzást lövellnek ki magukból, amelyeknek káros hatásuk lehet a körülöttük keringő bolygók légkörére és a bolygókon lévő potenciális életformákra. 

Milyen volt a Nap ifjúkorában?

A csillagászok között a Kepler megfigyelései több új kérdést vetettek fel. Vajon a fiatal Napra is jellemző volt-e ez a tevékenység, és ha igen, milyen hatása lehetett ezeknek a szuperflereknek a földi életre? Illetve, hogyan befolyásolja a csillagtevékenység exobolygók lakhatóságát?

A Kepler-űrtávcső a működése során több mint 530 ezer csillag fénygörbéjét vizsgálta és 2662 exobolygót fedezett fel. Az illusztráció forrása: NASA/JPL-Caltech/Wendy Stenzel

Cikkükben a kutatók megállapították, hogy a Kepler-96b bolygó csillaga előtti elhaladásai flerek jeleit mutatják. A flerek Kepler-96b-re gyakorolt hatásával nem foglalkoztak a szakemberek, mivel a csillaghoz rendkívül közel keringő bolygón extrém, lakhatóságot szinte biztosan kizáró körülmények uralkodnak.

A csillag kora nagyjából egybevág a proterozoikum korszak 2.5 milliárd évvel ezelőtti kezdetével a Földön, amelynek során fotoszintetizáló mikroorganizmusoknak köszönhetően a légköri oxigénszint növekedésnek indult, amelyből később kialakult a sztratoszférában a káros UV sugárzást elnyelő ózonréteg. Az ózonréteg elnyeli a rendkívül káros, DNS-roncsoló, rövidebb hullámhosszú UV-C sugárzást és a közepes hullámhosszú UV-B sugárzás nagy részét is. A felszínt elérő UV sugárzás nagy részét a nagyobb hullámhosszú, valamennyivel kevésbé roncsoló hatású UV-A sugárzás teszi ki.

A kutatók a Kepler-96-ot alapvetően egy példának használták arra, hogy megvizsgálják a szuperflerek múltbeli Földre gyakorolt hatását, amennyiben a Nap produkált ilyeneket fiatal csillagként és hogy megértsék, hogy egy Kepler-96-hoz hasonló csillag körüli lakhatósági zónában lévő, az ősi Földhöz hasonló légkörrel rendelkező bolygón milyen körülményekre lehet számítani.

A csillag flerjeit egy 2003-ban, Adriana Silva által kidolgozott modellel vizsgálták, amely lehetővé teszi egy csillag aktivitásának és felszínének vizsgálatát, miközben a Földről nézve a csillag előtt egy körülötte keringő exobolygó halad el. A Kepler-96b 86 megfigyelt áthaladása során három flert sikerült detektálni, a 30., a 48. és a 67. elhaladáskor. Ezek közül a 48. elhaladás során lezajló szuperfler volt a legnagyobb energiájú, a csillag teljes fénykibocsátásának mintegy 4 százalékos növekedését okozva. A flerek átlagosan 5-10 percig tartottak.

A Kepler-96 legnagyobb detektált szuperflerjei a Napunk átlagos, közepes UV hullámhosszú (UV-B és UV-C) sugárzási szintjéhez képest 5400 százalékkal, a kisebb flerek 60 és 36 százalékkal növelték meg a csillag által kibocsátott UV sugárzás szintjét.

Az óceán megvéd a szuperflerektől is

Az életformák számára káros UV sugárzási behatás megállapításához a közepes hullámhosszú UV sugárzást (UV-B és UV-C) és két baktériummodellt vettek példának a kutatók, a közönséges Escherichia coli-t és az extremofil, sugárzás-rezisztens Deinococcus radiodurans-t. Cikkükben két potenciális forgatókönyvet modelleztek. Az elsőben a hipotetikus bolygó a Föld archaikum korszakbeli, azaz 4-2,5 milliárd évvel ezelőtti, nitrogén és szén-dioxid által dominált légkörével rendelkezett, ózonréteg nélkül. A másodikban a Föld mai légköri összetételének és ózonrétegének hatását modellezték.

Az UV-sugárzás 5400 százalékos növekedésével járó szuperflert egyik baktérium sem élte volna túl a bolygó felszínén, csak ózonréteg jelenlétében. A két gyengébb energiájú fler nem különösebben érintené a D. radioduranshoz hasonló, ellenálló mikroorganizmusokat, még a felszínen sem.

Az óceánok ózonréteg hiányában is védelmet biztosítanak  az UV-sugárzással szemben, ezért egy vizes környezet nagyobb eséllyel képes fenntartani az életet a Kepler-96-hoz hasonló csillagok körül. A modellezett óceánban az E. coli esetén 28 méternyi víz képes lenne elnyelni a legnagyobb szuperfler hatását is, az ellenállóbb D. radioduransnak pedig 12 méteres mélység is elegendő lenne.

A flerekkel sokszor egyidejű, nagy energiájú protonkibocsátás ózonromboló hatású, de a közöttük eltelt idő, legalábbis a Kepler-96 estén, elegendő arra, hogy az ózonréteg visszaálljon eredeti formájára. 

A tanulmányukban arra a konklúzióra jutottak a kutatók, hogy az ózonréteg rendkívül fontos az életformák védelme és a felszíni élet lehetővé tétele szempontjából a Kepler-96-hoz hasonló csillagok körül. Az óceánok azonban ennek hiányában is megfelelő védelmet biztosítanak az élet számára, még bőven annak 200 méter feletti felszíni rétegében, ahol lehetőség van fotoszintézisre.

Az eredetileg arXiv-on közzétett publikációt Molnár László ajánlotta figyelmembe, akinek ezt és a cikk szerkesztésében nyújtott segítségét ezúton is nagyon köszönöm.