En grupp astronomer har granskat tusentals exoplaneter och valt ut endast en handfull där chanserna för liv faktiskt verkar realistiska.

En ny analys publicerad i en ansedd vetenskaplig tidskrift begränsar listan över kosmiska adresser där det är värt att leta efter spår av främmande organismer. Forskarna har inte bara beskrivit vilka egenskaper sådana världar bör ha — de har också identifierat de mest lovande målen för de närmaste teleskopobservationerna.

För många läsare kan en lista över de bästa planeterna för liv låta som en rankning från en populärvetenskaplig webbplats. Inom vetenskapen har den dock mycket större betydelse: den möjliggör testning av hypoteser om hur sällsynt eller vanligt liv förekommer i universum. Om vi på några verkligt noggrant utvalda exoplaneter inte finner övertygande biosignaturer blir vi tvungna att ställa en svår fråga — kanske kräver liv betydligt mer krävande förhållanden än vad vi hittills har trott.

Så skapade forskarna en ny karta för jakten på liv utanför jorden

Forskarna utgick från en uppenbar fråga: på vilka redan kända exoplaneter råder förhållanden som är gynnsamma för flytande vatten? Det är det grundläggande kravet som modern astrobiologi betraktar som utgångspunkten för liv motsvarande det jordiska.

Teamet analyserade flera centrala parametrar. De intresserade sig för planetens placering i den så kallade beboeliga zonen runt sin stjärna, banans form — det vill säga graden av ellipticitet i omloppet — energibalansen i form av den mängd energi som träffar planeten samt typen och ljusstyrkan hos stjärnan som planeten kretsar runt.

Forskarna reducerade tusentals kända exoplaneter till en liten grupp som är särskilt värd att använda de största teleskopens tid på. Planeter placerade vid den inre och yttre gränsen av den beboeliga zonen visade sig vara särskilt intressanta. Det handlar om det område runt en stjärna där flytande vatten teoretiskt sett kan existera på ytan av en stenplanet.

Gränserna för denna zon beror på stjärnans typ: kalla röda dvärgar värmer upp sina planeter annorlunda än varmare gula och vita stjärnor motsvarande solen. Forskare från utländska observatorier understryker att även en minimal förändring i energitillförseln kan flytta en planet från bekväma förhållanden till fullständig obeboelighet.

Vad avgör om en planet är lämplig för livets uppkomst

Den beboeliga zonen är bara början. Studiens författare visar att en planets verkliga lämplighet för liv avgörs av en ömtålig balans mellan mängden energi och det sätt på vilket planeten absorberar och utsänder den tillbaka till rymden.

Om en planet får för mycket energi från sin stjärna riskerar den en okontrollerad växthuseffekt. I ett sådant scenario förvandlas atmosfären till ett glödande pansar och vattnet förångas oåterkalleligt. Å andra sidan kan för lite energi leda till en global frysbox där även oceaner fryser permanent.

Forskarna uppmärksammar också planeter med elliptiska banor. I deras fall varierar avståndet till stjärnan under ett år vilket leder till kraftiga temperatursvängningar. Paradoxalt nog kan sådana exoplaneter ändå bevara gynnsamma förhållanden om deras atmosfär och oceaner dämpar energiförändringarna tillräckligt bra.

Analysen avslöjade flera typer av planeter som förtjänar uppmärksamhet:

Planeter vid den inre gränsen av den beboeliga zonen med en tät atmosfär
Steniga världar i omloppsbana runt kalla röda dvärgar
Planeter med lätt elliptiska banor och stora oceaner
Exoplaneter med storlekar motsvarande Venus eller jorden
Objekt med aktiv vulkanism som stabiliserar klimatet
Planeter runt K-typ stjärnor med lång stabilitet

Därför förändras en planets beboelighet under miljarder år

Studien understryker att även om en planet ser vänlig ut idag behöver den inte ha varit det tidigare — eller så kan den förlora dessa egenskaper i framtiden. Stjärnor förändrar ljusstyrka med åldern vilket förskjuter gränserna för den beboeliga zonen.

Genom att observera olika typer av planeter i olika utvecklingsstadier hos stjärnor kan astronomer följa något som påminner om en världshistoria för jordlika klot — från unga, potentiellt alltför aktiva, till äldre där energin börjar tryta. Forskare från europeiska institut kartlägger hur förhållandena på exoplaneters yta förändras över miljarder år.

Detta tillvägagångssätt har praktisk betydelse för planeringen av framtida uppdrag. Byråer som NASA och Europeiska rymdorganisationen (ESA) behöver tydligt definierade vetenskapliga mål. En lista över de bästa livskandidaterna underlättar utformningen av instrument och planeringsstrategier årtionden framåt.

Vilken roll spelar James Webb-teleskopet i jakten på biosignaturer

En central del av arbetet handlar om att fastställa vilka av de lovande planeterna som lämpar sig för observation med dagens teleskop. I fokus står James Webb-rymdteleskopet (JWST) som bland annat är designat för att studera exoplaneters atmosfärer.

Listan över mål är utarbetad så att JWST och andra stora teleskop realistiskt sett kan mäta atmosfärsammansättningen i dessa avlägsna världar. Det handlar främst om planeter som passerar framför sina stjärnors skiva sett från vårt perspektiv, kretsar runt stjärnor som är tillräckligt ljusstarka för precis spektroskopi och har dimensioner nära jordens eller något större vilket främjar existensen av en stenig yta.

James Webb-teleskopet kan dela upp ljuset från en stjärna som filtrerats genom planetens atmosfär till ett detaljerat spektrum. I ett sådant spektrum kan man leta efter karakteristiska spår av molekyler som vattenånga, koldioxid, metan eller syre. Vissa kombinationer av dessa gaser kan antyda biologiska processer.

Forskare från ett observatorium på Hawaii och andra arbetsplatser framhäver att redan de första mätningarna av steniga exoplaneters atmosfärer har gett överraskande resultat. Å ena sidan saknar vissa planeter i den beboeliga zonen nästan varje atmosfär — å andra sidan har andra visat en oväntat komplex kemisk sammansättning.

Vad menar vi egentligen med liv i samband med avlägsna exoplaneter

För många läsare framkallar ordet liv omedelbart föreställningar om intelligenta civilisationer. Astronomer understryker dock att det i detta skede främst handlar om att påvisa någon form av biologisk aktivitet — om än bara på nivån med enkla mikroorganismer.

I den nuvarande teknologiska fasen koncentrerar forskarna sig på så kallade biosignaturer: ovanliga gasblandningar i atmosfären som är svåra att förklara med geologiska processer, kemiska föreningar som på jorden främst förknippas med organismers metabolism och långsiktig stabilitet hos bestämda molekyler under ogynnsamma fysiska förhållanden.

I praktiken betyder det att den första främmande biosfären vi hör talas om kanske snarare påminner om en urtida jord full av bakterier än om en pulserande planet från science fiction-filmer. Forskare från universiteten i Cambridge och Heidelberg har nyligen publicerat ett arbete om vilka kombinationer av gaser i en exoplanets atmosfär som skulle kunna betraktas som övertygande bevis för metabolisk aktivitet.

Praktiska råd för att följa med i upptäckten av nya beboeliga världar

För läsare som är vana vid rubriker om en annan jord kan ett praktiskt råd vara användbart: det är värt att lägga märke till om astronomerna vid det beskrivna systemet har haft möjlighet att undersöka planetens atmosfär och dess energibalans.

Just dessa parametrar avgör i allt högre grad om en given exoplanet får plats på den korta listan över verkliga livskandidater — eller bara förblir en kuriositet i en katalog över avlägsna men obeboeliga klot. Forskarna rekommenderar särskilt att följa med i rapporter om spektralmätningar av atmosfärer hos planeter på jordens storlek eller så kallade superjordar.

Det är viktigt att komma ihåg att även negativa resultat har värde. Om vi på några noggrant utvalda exoplaneter inte finner några spår av liv kommer vi att lära oss mycket om hur sällsynt ett fenomen liv i universum egentligen är.