Koska Keplerin avaruusteleskooppi ajettiin avaruuteen, aurinkokunnan ulkopuolella olevien planeettojen (eksoplaneettojen) lukumäärä on kasvanut räjähdysmäisesti. Tällä hetkellä 3917 planeettaa on vahvistettu 2918 tähtijärjestelmässä, kun taas 3 368 odottaa vahvistusta. Näistä noin 50 kiertorataa heidän tähtensä ympyrävälisessä asumisvyöhykkeessä (alias. "Goldilocks Zone"), etäisyys, jolla nestemäinen vesi voi esiintyä planeettojen pinnalla.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat kuitenkin nostaneet esille mahdollisuuden, että pidämme asutettavana vyöhykkeenä liian optimistista. Äskettäin verkossa ilmestyneen uuden tutkimuksen, jonka otsikko on ”Rajoitettu asumisalue monimutkaiselle elämälle” mukaan asuttavat alueet voivat olla paljon kapeampia kuin alun perin ajateltiin. Näillä löytöillä voi olla dramaattinen vaikutus planeettojen määrään, jota tutkijat pitävät ”mahdollisesti asuttavina”.
Tutkimusta johti Edward W. Schwieterman, NASA: n tutkijatohtorin tutkija Kalifornian yliopistossa, Riverside, ja siihen osallistui tutkijoita Alternative Earths -ryhmästä (osa NASA Astrobiology Institute), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), ja NASA Goddard -instituutti.
Edellisten arvioiden perusteella, jotka perustuvat Kepler tietojen mukaan tutkijat päättelivät, että pelkästään Linnunradan galaksissa on todennäköisesti 40 miljardia maapallomaista planeettaa, joista 11 miljardia kiertää todennäköisesti kuin aurinkoiset tähdet (ts. G-tyypin keltaiset kääpiöt). Muut tutkimukset ovat osoittaneet, että tämä määrä voi olla jopa 60 miljardia tai jopa 100 miljardia, riippuen parametreistä, joita käytämme asutettavien alueiden määrittelemiseen.
Nämä tulokset ovat varmasti rohkaisevia, koska ne viittaavat siihen, että Linnunrata voisi olla täynnä elämää. Valitettavasti tuoreempi aurinkoisten planeettojen tutkimus on asettanut kyseenalaiseksi nämä aiemmat arviot. Tämä koskee erityisesti vuorovesilukittuja planeettoja, jotka kiertävät M-tyypin (punainen kääpiö) tähtiä.
Lisäksi tutkimukset siitä, miten elämä kehittyi maapallolla, ovat osoittaneet, että vesi yksin ei takaa elämää - samoin kuin happikaasun läsnäolo. Tämän lisäksi Schwieterman ja hänen kollegansa harkitsivat kahta muuta suurta biosignaalia, jotka ovat välttämättömiä elämälle sen tiedossa - hiilidioksidi ja hiilimonoksidi.
Liian suuri osa näistä yhdisteistä olisi myrkyllistä monimutkaiselle elämälle, kun taas liian pieni tarkoittaisi, että varhaisia prokaryootteja ei muodostu. Jos elämä maapallolla on jotain merkkiä, perus-elämämuodot ovat välttämättömiä, jos monimutkaisempien, happea kuluttavien elämämuotojen on tarkoitus kehittyä. Tästä syystä Schwieterman ja hänen kollegansa yrittivät tarkistaa asutettavan alueen määritelmää tämän huomioon ottamiseksi.
Oikeudenmukaisuuden vuoksi asettamiskelpoisen alueen laajuuden laskeminen ei ole koskaan helppoa. Maapallon pintalämpötila riippuu etäisyydestään tähdestään riippuen ilmakehän erilaisista palautemekanismeista - kuten kasvihuoneilmiöstä. Lisäksi asutettavan alueen tavanomainen määritelmä edellyttää "maapallon" olosuhteiden olemassaoloa.
Tämä tarkoittaa ilmakehää, joka sisältää runsaasti typpeä, happea, hiilidioksidia ja vettä ja joka on stabiloitu samalla karbonaatti-silikaattigeokemiallisella kiertoprosessilla, joka on olemassa maan päällä. Tässä prosessissa sedimentaatio ja säänkestävyys saavat silikaattikiveistä hiilipitoisia, kun taas geologinen aktiivisuus saa hiilikiveistä taas silikaattipohjaisia.
Tämä johtaa palautussilmukkaan, joka varmistaa, että ilmakehän hiilidioksiditasot pysyvät suhteellisen vakaina, mikä mahdollistaa pinnan lämpötilan nousun (tunnetaan myös nimellä kasvihuoneilmiövaikutus). Mitä lähempänä planeetta on asutettavan alueen sisäreunaan, sitä vähemmän hiilidioksidia tarvitaan tämän tapahtumiseksi. Kuten Schwieterman selitti äskettäisessä MIT Technology Review -artikkelissa:
"Mutta asutettavan alueen keskimmäisellä ja ulommalla alueella ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksien on oltava paljon korkeampia ylläpitämään lämpötiloja, jotka johtavat nestemäiseen pintaveteen."
Havainnollistaakseen joukkue käytti Kepler-62f: ää esimerkkinä supermaasta, joka kiertää K-tyyppistä tähteä (hieman pienempi ja himmeämpi kuin aurinkoomme), joka sijaitsee noin 990 valovuoden päässä Maasta. Tämä planeetta kiertää tähtensä suunnilleen samalla etäisyydellä kuin Venus tekee Auringon, mutta tähden alempi massa tarkoittaa, että se on asutettavan alueen ulkopuolella.
Kun se löydettiin vuonna 2013, tämän planeetan ajateltiin olevan hyvä ehdokas maapallon ulkopuoliseen elämään olettaen, että läsnä on riittävä kasvihuoneilmiö. Schwieterman ja hänen kollegansa kuitenkin laskivat, että se vie 1000 kertaa enemmän hiilidioksidia (300-500 kilopaskalia) kuin mitä maapallolla oli, kun monimutkaisia elämänmuotoja kehitettiin ensimmäistä kertaa (noin 1,85 miljardia vuotta sitten).
Tämä määrä hiilidioksidia olisi kuitenkin myrkyllistä monimutkaisimmille elämänmuodoille täällä maan päällä. Seurauksena on, että Kepler-62f ei ole sopiva ehdokas elämään, vaikka se olisi tarpeeksi lämmin, jotta sillä olisi nestemäistä vettä. Heti kun he ottivat huomioon nämä fysiologiset rajoitukset, Schwieterman ja hänen tiiminsä päättelivät, että monimutkaiselle elämälle asettavan alueen on oltava huomattavasti kapeampi - neljäsosa aiemmin arvioidusta.
Schwieterman ja hänen kollegansa laskivat myös, että joillakin eksoplaneetoilla on todennäköisesti korkeammat hiilimonoksiditasot, koska ne kiertävät viileitä tähtiä. Tämä asettaa merkittävän rajoituksen punaisten kääpiötähteiden asumisvyöhykkeille, joiden osuus on 75% maailmankaikkeuden tähtiä ja joiden uskotaan olevan todennäköisin paikka löytää luontaisesti maapallon (eli kivisen) planeettoja.
Näillä havainnoilla voi olla dramaattisia vaikutuksia siihen, mitä tutkijat pitävät ”mahdollisesti asuttavina”, puhumattakaan tähden asutettavan alueen rajoista. Kuten Schwieterman selitti:
"Yksi merkitys on, että emme voi odottaa löytävän merkkejä älykkäästä elämästä tai teknisistä allekirjoituksista planeetoilla, jotka kiertävät myöhäisiä M kääpiöitä tai mahdollisesti asuttavissa planeetoissa lähellä heidän asumisalueidensa ulkoreunaa."
Asioiden monimutkaistamiseksi tämä tutkimus on yksi monista, jotta asetetaan lisärajoituksia sille, mitä voidaan pitää myöhään asuviksi planeetoina. Pelkästään vuonna 2019 on tehty tutkimus, joka osoittaa, kuinka punaisilla kääpiötähteisillä järjestelmillä ei ehkä ole välttämättömiä raaka-aineita elämän muodostumiseksi ja että punaisilla kääpiötähteillä ei ehkä ole tarpeeksi fotoneja fotosynteesin tapahtumiseksi.
Kaikki tämä lisää selvän mahdollisuuden, että elämä galaksissamme voi olla harvinaisempaa kuin aiemmin ajateltiin. Mutta tietenkin, että tiedät varmasti, mitkä asumisrajat ovat, tarvitaan lisää tutkimuksia. Onneksi meidän ei tarvitse odottaa liian kauan selvittääkseen, koska useita seuraavan sukupolven kaukoputkia otetaan käyttöön seuraavan vuosikymmenen aikana.
Näihin kuuluvat James Webbin avaruuskaukoputki (JWST), Erittäin suuri kaukoputki (ELT) ja Jättiläinen Magellan-kaukoputki (GMT). Näiden ja muiden huipputeknisten instrumenttien odotetaan mahdollistavan paljon yksityiskohtaisempia tutkimuksia ja eksoplaneettojen karakterisointia. Ja kun he tekevät, meillä on parempi käsitys siitä, kuinka todennäköistä elämä on siellä.
