Novo istraživanje dovodi u pitanje život oko crvenih patuljaka

Crveni patuljci najčešće su zvijezde u našoj galaksiji, a upravo zato oko njih kruži i velik dio stjenovitih egzoplaneta koje smo dosad otkrili. Na prvi pogled to ih čini logičnim mjestima u potrazi za životom izvan Zemlje. Ipak, novo istraživanje sugerira da tu postoji ozbiljan problem: svjetlost takvih zvijezda možda jednostavno nije dovoljno “dobra” da bi održavala biosfere slične Zemljinoj, odnosno život koji fotosintezom proizvodi kisik.

Autori rada Giovanni Covone i Amedeo Balbi tvrde da nije važna samo količina svjetlosti, nego i njezina stvarna iskoristivost za kemijske procese na kojima se život može temeljiti. U središtu njihove analize je pojam eksergije, odnosno najveće količine korisnog rada koju je moguće dobiti iz zračenja. Pojednostavljeno, nije dovoljno da zvijezda samo zrači energiju. Ključno je koliko se te energije doista može pretvoriti u kemijski rad potreban za život.

Problem nije samo količina

U procjeni nastanjivih zona astrobiolozi se obično usredotočuju na ukupan broj fotona, osobito u vidljivom dijelu spektra između 400 i 700 nanometara. No za nastanak kisika to nije cijela priča. Jedan od ključnih koraka u fotosintezi jest razdvajanje molekula vode, proces poznat kao oksidacija vode. Upravo taj korak predstavlja kemijsko “usko grlo” jer traži dovoljno kinetičke energije da bi se reakcija uopće pokrenula.

Tu se pojavljuje glavni problem s crvenim patuljcima. Budući da je riječ o hladnim zvijezdama, velik dio njihove svjetlosti pomaknut je prema infracrvenom dijelu spektra. Posljedica je nezgodna za život kakav poznajemo: premalo njihovih fotona nosi dovoljno energije da pokrene razdvajanje vode, ključan korak u fotosintezi koja oslobađa kisik. Čak ni oni fotoni koji uspiju dosegnuti taj energetski prag nisu osobito učinkoviti, jer se samo manji dio njihove energije može pretvoriti u koristan kemijski rad. Prema izračunima autora, oko zvijezda sličnih Suncu na raspolaganju je približno pet puta više takve iskoristive energije za oksidaciju vode nego oko crvenih patuljaka.

Prilagodba ima svoje granice

Logično je zato postaviti pitanje može li se život jednostavno prilagoditi takvom svjetlosnom okolišu. Bi li organizmi na planetima oko crvenih patuljaka mogli iskoristiti dulje i energetski slabije valne duljine u infracrvenom području? Autori smatraju da tu postoji čvrsta granica. Riječ je o takozvanoj “crvenoj granici”, odnosno najduljoj valnoj duljini svjetlosti koja još može podržati fotosintezu.

Covone i Balbi pritom ističu da ta granica nije jedna unaprijed zadana brojka. Ona ovisi o spektru zvijezde, atmosferi planeta i samoj kemijskoj reakciji koju organizam pokušava pokrenuti, u ovom slučaju oksidaciji vode. Njihovi izračuni pokazuju da crvena granica kod crvenih patuljaka iznosi oko 0,95 mikrometara, dok je kod zvijezda sličnih Suncu bliža 1,0 mikrometru. U prijevodu, život ne može jednostavno “pomaknuti” svoje glavne apsorpcijske pojaseve dublje u blisko infracrveno područje i tako nadoknaditi slabiju i hladniju zvijezdu.

No time problemi ne završavaju. Na takvim bi svjetovima prednost mogle imati anoksigene bakterije, mikroorganizmi koji mogu učinkovito iskorištavati infracrvenu svjetlost, ali pritom ne proizvode kisik. Ako bi se takvi oblici života snažno proširili, mogli bi potisnuti organizme koji provode kisikovu fotosintezu. Planet u tom slučaju možda nikada ne bi prošao kroz vlastitu verziju Velikog oksidacijskog događaja, prijelomnog razdoblja u povijesti Zemlje kada je kisik počeo naglo mijenjati sastav atmosfere. Bez obilja kisika razvoj višestaničnog života bio bi ozbiljno ograničen, a možda i potpuno onemogućen.

Sve to zajedno ne zvuči ohrabrujuće za izglede života oko crvenih patuljaka. Ipak, autori ne tvrde da je takav scenarij nemoguć. Podsjećaju da Zemljina biosfera i danas koristi tek malen dio ukupnog termodinamičkog potencijala koji joj je dostupan, što pokazuje koliko život može biti neučinkovit, ali i prilagodljiv. Unatoč tome, uvjeti oko crvenih patuljaka koji bi doista pogodovali nastanku biosfere bogate kisikom vjerojatno su vrlo rijetki. Ako je cilj pronaći planet s atmosferom bogatom kisikom, a možda i složenijim oblicima života, ova analiza sugerira da bi potraga više smisla mogla imati oko zvijezda nalik našem Suncu nego oko najčešćih, ali mnogo zahtjevnijih zvijezda u galaksiji.