En ny studie skapar ordning i det kosmiska kaoset

Under år efter år har astronomer gått igenom tusentals kända exoplaneter i ett försök att avgöra exakt var teleskopen ska riktas om målet är att hitta liv. En ny undersökning publicerad i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society sätter äntligen system på denna förvirring och etablerar en sorts kortlista över de bästa kandidaterna.

Ett team av astronomer analyserade kända exoplaneter utifrån flera nyckelparametrar. Syftet var att fastställa vilka av dem som verkligen är meningsfulla som potentiella livsmiljöer, och vilka som bara ser lovande ut på papperet. Forskarna ville inte så mycket gissa var liv möjligen har uppstått, utan snarare visa var det överhuvudtaget är vettigt att leta efter biologiska spår med nutidens och framtidens teleskop.

Forskarna började med det grövsta filtret: placeringen i den så kallade beboeliga zonen. Det är det område runt en stjärna där flytande vatten kan existera på en planets yta. Därefter fokuserade de på mer subtila egenskaper, som banans form och planetens energibalans – alltså hur mycket energi som faktiskt når fram till dess atmosfär och yta.

I praktiken är detta avgörande. Observationstid på ett instrument som James Webb Space Telescope är extremt kostsam och sällsynt. En välsammansatt prioriteringslista säkerställer att astronomer inte slösar dyrbara timmar på objekt som ändå inte kan analyseras ordentligt.

Vad avgör om en planet är lämpad för liv

Det räcker inte i sig att en planet befinner sig i den beboeliga zonen. Det är snarare en utgångspunkt än en garanti. Nyare studier visar att man måste ta hela uppsättningen av fysiska förutsättningar i beaktande. Gränsen för den beboeliga zonen varierar beroende på stjärntyp. Svalare röda dvärgar värmer upp annorlunda än heta blåaktiga solar, eftersom de avger andra våglängder. Det påverkar i sin tur hur en planets atmosfär värms upp.

För nära stjärnan – vatten förångas, atmosfären kan nå kokpunkten. För långt bort – vatten fryser till, ytan blir en ispansar. I den gyllene medelvägen – vatten kan förbli flytande, vilket är ett av grundelementen i liv som vi känner det.

Forskarna var särskilt uppmärksamma på planeter placerade vid de inre och yttre gränserna av denna zon. Här är förhållandena mer instabila, men också mer intressanta sett ur ett miljöevolutionärt perspektiv. En planet kan en gång ha haft gynnsamma förutsättningar för liv och sedan förlorat dem, eller den kan tvärtom just vara på väg att träda in i en period som är gynnsam för organismer.

Energi – för mycket, för lite eller precis lagom

Den andra, lika viktiga parametern är mängden energi planeten tar emot från sin stjärna. Energibalansen bestämmer klimatet, atmosfärens stabilitet och i slutändan om kemin på ytan kan understödja livets uppkomst och upprätthållande. Forskarna försökte besvara frågan: vid vilken energinivå börjar en planet förlora sina chanser för liv, och vid vilken nivå har den aldrig haft några?

Planeter som tar emot för mycket energi kan övergå till ett tillstånd som påminner om Venus – med en tät, brännande atmosfär och temperaturer som smälter metaller. Omvänt påminner de planeter som tar emot för lite energi snarare om Mars, där vatten – om det överhuvudtaget existerar – främst finns som is eller under ytan.

En av de mer intressanta slutsatserna är att planeter med markant avlånga, ovanliga banor också förtjänar uppmärksamhet. Under år har de betraktats som mindre attraktiva, eftersom de drastiskt ändrar avståndet till stjärnan under ett omlopp. Den nya analysen antyder emellertid att även sådana exotiska system under en del av året kan uppfylla förutsättningarna för liv. Periodisk uppvärmning och avkylning kan skapa komplexa, men på lång sikt stabila miljöer, förutsatt att atmosfären är i stånd att dämpa extremerna.

James Webb Space Telescope som jägare av biosignaturer

Hela insatsen med att välja ut planeter skulle ge begränsad mening utan motsvarande observationsverktyg. Här träder James Webb Space Telescope in på scenen – för närvarande det mest kraftfulla instrumentet för studiet av exoplaneternas atmosfärer. JWST kan analysera ljus som passerar genom en planets atmosfär när den rör sig framför sin stjärna. Från de fina förändringarna i spektret kan astronomer härleda information om vilka gaser som befinner sig i planetens lager – metan, koldioxid, vattenånga och i det ideala scenariot också syre eller ozon, som kan indikera biologisk aktivitet.

Teamet pekade ut just de exoplaneter vars atmosfärer JWST och andra teleskop kommer att kunna undersöka mest precist inom en realistisk mängd observationstid. Det är särskilt viktigt i praktiken. En välsammansatt lista säkerställer att värdefulla timmar inte går till spillo på objekt som ändå inte kommer att leverera användbara data.

Forskarna lät sig också inspireras av romanen Project Hail Mary av Andy Weir, känd för sina originella idéer om främmande livsformer baserade på en helt annan kemi än jordens. Vetenskapsmän nämner denna roman inte som ett skämt, utan som en påminnelse om att verkligheten kan vara ännu mer uppfinningsrik än litteraturen.

Varför en avgränsning av mållistan har så stor betydelse

Vid första anblicken kan det verka som om ju fler planeter desto bättre. I praktiken är det ett enormt problem. Med flera tusen exoplaneter har inte ens de mest kraftfulla teleskopen någon chans att undersöka var och en med tillräcklig precision. En precis gallring av objekt möjliggör flera saker:

koncentrera observationstid till några få eller ett par dussin av de mest lovande planeterna
utveckla bättre klimatmodeller för exoplaneter, eftersom data insamlad från ett begränsat antal mål kan generaliseras till en bredare population
testa olika scenarier för förlust eller uppkomst av livsgynnsamma förutsättningar beroende på energibalans eller banparametrar
maximera chansen att upptäcka biosignaturer i atmosfärerna hos de mest lämpade kandidaterna
planera framtida missioner med tydliga mål framför slumpmässig sökning
utnyttja dyra observatorier som Hubble-teleskopet eller James Webb Space Telescope mer effektivt

För dig kan det påminna lite om att hitta den ideala lägenheten i en storstad. Först fastställer du kvarteret, sedan budgeten och storleken, och till sist detaljer som buller, grannförhållanden och tillgång till infrastruktur. Utan dessa filter skulle du fumla i blindo i det oändliga. Precis så fungerar urvalet av exoplaneter som är lämpade för detaljerade studier.

En karta över framtida kosmiska missioner

De nya resultaten är inte bara en vägledning för var teleskopen ska riktas. De utgör också en preliminär plan för framtida rymdmissioner – de obemannade och i ett mycket avlägset perspektiv kanske också de bemannade. Studiernas författare säger det direkt: om det en gång byggs ett supermodernt rymdfarkost specifikt för sökandet efter liv, kommer denna lista över exoplaneter att utgöra det bästa setet av resmål.

En sådan tankegång hjälper till att bättre designa nutidens instrument. Kunskapen om vart framtida missioner ska ta vägen hjälper till att välja teleskopens parametrar, de vågområden man ska vara särskilt känslig för, och att utarbeta observationsstrategier decennier framåt. Forskare från universitet och observatorier världen över anpassar redan idag sina program i enlighet med dessa prioriteringar.

Eftersom liv är i stånd att anpassa sig till extrema förhållanden är det värt att se bredare än bara efter kopior av jorden. Den precisa planetlistan från den nya studien tar också hänsyn till världar som inte är ideala tvillingar till vår planet, men som uppfyller förutsättningarna för en mer exotisk biologi.

Vad det betyder för vår syn på liv i universum

Även om de nya studierna ännu inte levererar direkta bevis för existensen av främmande civilisationer, ökar de reellt chansen för att det under de kommande decennierna lyckas att avslöja åtminstone enkla livsformer någonstans utanför jorden. Även spårmängder av biologisk gas i en exoplanets atmosfär skulle utgöra en av de viktigaste bedrifterna i vetenskapens historia.

Det kräver dock tålamod och konsekvent handlande. Först urvalet av mål, sedan långa timmars observation, analys av spektra och konfrontation av resultaten med modeller. Till sist försiktiga slutsatser. Det nya arbetet från astronomer visar att denna process kan påskyndas tack vare förnuftigt lagda prioriteringar.

För oss, jordens invånare, betyder det i praktiken också något mer: varje ytterligare exoplanet på denna kortlista påminner oss om att det scenario där liv är något fullständigt unikt kanske inte alls är det mest sannolika. Och det förändrar i sin tur det sätt vi ser på vår egen planet – inte som den enda, utan som ett av många potentiellt bebodda hem i kosmos. Kanske upptäcker vi en dag att grannarna inte är så långt borta som vi trodde.