19 октября 2017 года астрономы исследования Pan-STARRS обнаружили межзвездный объект (ISO), впервые проходящий через нашу Солнечную систему. Объект, известный как 1I/2017 U1 'Оумуамуа, вызвал серьезные научные дебаты и до сих пор вызывает споры. Единственное, с чем все могли согласиться, это то, что обнаружение этого объекта указывало на то, что ISO регулярно входят в нашу Солнечную систему. Более того, последующие исследования показали, что иногда некоторые из этих объектов прилетают на Землю в виде метеоритов и сталкиваются с ее поверхностью. Это поднимает очень важный вопрос: если ISO приходили на Землю в течение миллиардов лет, возможно, они принесли с собой ингредиенты для жизни? В недавней статье группа исследователей рассмотрела последствия того, что ISO ответственны за панспермию — теорию, согласно которой семена жизни существуют по всей Вселенной и распространяются астероидами, кометами и другими небесными объектами. Согласно их результатам, ISO потенциально могут засеять сотни тысяч (или, возможно, миллиарды) планет земного типа по всему Млечному Пути.
Группу возглавил Дэвид Цао, старшеклассник Средней школы науки и технологий Томаса Джефферсона (TJSST). К нему присоединились Питер Плавчан, доцент кафедры физики и астрономии Университета Джорджа Мейсона (GMU) и директор обсерваторий Мейсона, и Майкл Саммерс, профессор астрофизики и планетологии в GMU. Их статья «Влияние Оумуамуа на панспермию», недавно опубликованная на сервере препринтов arXiv, рассматривается для публикации Американским астрономическим обществом (ААС). Если кратко подвести итог, то панспермия — это теория, согласно которой жизнь была занесена на Землю объектами из межзвездной среды (МЗС). Согласно этой теории, эта жизнь приняла форму бактерий-экстремофилов, способных выживать в суровых условиях космоса. Благодаря этому процессу жизнь распространяется по космосу, когда объекты проходят через МЗС, пока не достигнут потенциально обитаемых планет и не столкнутся с ними. Это существенно отличает панспермию от конкурирующих теорий о том, как зародилась жизнь на Земле (также известных как абиогенез), наиболее широко принятой из которых является гипотеза мира РНК.
Эта гипотеза утверждает, что РНК предшествовала ДНК и белкам в эволюции, что в конечном итоге привело к первой жизни на Земле (возникшей на местном уровне). Но, как сообщил Цао Universe Today по электронной почте, панспермию трудно оценить: «Панспермию трудно оценить, поскольку она требует учета множества различных факторов, многие из которых не ограничены и неизвестны. Например, мы должны учитывать физику, лежащую в основе панспермии (сколько объектов столкнулись с Землей до появления самых ранних окаменелых свидетельств на всю жизнь?), биологические факторы (могут ли экстремофилы выдержать гамма-излучение сверхновой?) и так далее. «Помимо каждого из этих факторов есть вопросы, на которые у нас пока нет ответов или мы не можем эффективно моделировать, например, количество экстремофилов, которые действительно достигают Земли, даже если с Землей столкнулся жизненосный объект, и вероятность Совокупность этих факторов, а также многих других, таких как изменение скорости звездообразования и недавнее обнаружение нескольких странных свободно плавающих планет, затрудняет оценку панспермии, и, следовательно, наша понимание вероятности панспермии постоянно меняется».
Обнаружение Оумуамуа в 2017 году стало важным поворотным моментом в астрономии, поскольку это был первый случай наблюдения ISO. Тот факт, что он вообще был обнаружен, указывает на то, что такие объекты были статистически значимыми во Вселенной и что ISO, вероятно, регулярно проходили через Солнечную систему (некоторые из которых, вероятно, все еще находятся здесь). Два года спустя был обнаружен второй ISO, входящий в Солнечную систему (2I/Борисов), однако на этот раз его природа не была загадкой. Приближаясь к нашему Солнцу, 2I/Борисов сформировал хвост, указывающий на то, что это комета. Последующие исследования показали, что некоторые из этих объектов становятся метеоритами, которые падают на поверхность Земли, а некоторые даже были идентифицированы. Сюда входит CNEOS 2014-01-08, метеор, который упал в Тихий океан в 2014 году (и был предметом исследования в рамках проекта Галилео). Как объяснил Цао, обнаружение этих межзвездных посетителей также имеет значение для панспермии и продолжающихся дебатов о происхождении жизни на Земле:
«Оумуамуа служит новой точкой данных для моделей панспермии, поскольку мы можем использовать его физические свойства, особенно его массу, размер (сферический радиус) и подразумеваемую плотность числа ISM, для моделирования плотности числа и плотности массы объектов в межзвездном пространстве. Эти модели позволяют нам оценить плотность потока и поток массы объектов в межзвездной среде, и с помощью этих моделей мы можем приблизительно оценить общее количество объектов, которые столкнулись с Землей за 0,8 миллиарда лет (что представляет собой предполагаемый период времени между Формирование Земли и самые ранние свидетельства существования жизни). «Знание общего количества событий столкновений на Земле за этот период в 0,8 миллиарда лет жизненно важно для панспермии, поскольку большее количество событий столкновений с межзвездными объектами за этот период будет означать более высокую вероятность панспермии. Короче говоря, физические свойства панспермии межзвездные Оумуамуа позволяют создавать математические модели, определяющие вероятность панспермии».
В дополнение к математическим моделям, которые учитывают физику панспермии, т. е. плотность числа, плотность массы, общее количество ударов и т. д., Цао и его коллеги применили биологическую модель, которая описывает минимальный размер объекта, необходимый для защиты экстремофилов от астрофизических событий ( сверхновые, гамма-всплески, удары крупных астероидов, пролетающие мимо звезды и т. д.). Как говорилось в предыдущей статье, недавние исследования показали, что космические лучи разрушают все ISO, кроме самых больших, прежде чем они достигнут другой системы. Эти дополнительные соображения в конечном итоге влияют на количество объектов, которые столкнутся с Землей (которые не были стерилизованы астрофизическими источниками) и вероятность панспермии. «Чтобы определить минимальный размер объекта, мы применили различные модели, например, метод упаковки сфер, чтобы дать приблизительную оценку расстояния выброса до ближайшего прародителя сверхновой (используя в качестве модели плотное звездное скопление Орион А). гамма-излучение, которое достигает этого выброса, и коэффициент ослабления (сколько излучения поглощает выброс), основанный на наиболее вероятном химическом составе выброса (водяной лед)», — сказал Цао.
Основываясь на объединении физических и биологических моделей, команда получила оценки количества выбросов, поразивших Землю до появления жизни. Согласно самым старым окаменелым свидетельствам, найденным в западной Австралии (из пород, датируемых архейским эоном), самые ранние формы жизни возникли ок. 3,5 миллиарда лет назад. Сказал Цао: «Мы пришли к выводу, что максимальная вероятность того, что панспермия породила жизнь на Земле, составляет порядка 10-5, или 0,001%. Хотя эта вероятность кажется низкой, при самых оптимистичных условиях потенциально 4*10^9 общей обитаемой зоны. В нашей галактике существуют экзопланеты, что может указывать на наличие в общей сложности 104 обитаемых миров, в которых есть жизнь. «Кроме того, мы ограничили наш анализ первыми 0,8 миллиарда лет истории Земли, предшествовавшими появлению самых ранних окаменелых свидетельств существования жизни, но поскольку жизнь может быть засеяна в любой момент жизни планеты, а продолжительность жизни планет значительно дольше (до 5 лет). –10 миллиардов лет), мы увеличили нашу оценку общего числа обитаемых миров, в которых есть жизнь в нашей галактике, на порядок».
В результате Цао и его коллеги получили окончательный результат: около 105 обитаемых планет, на которых может быть жизнь в нашей галактике. Однако эти оценки основаны на самых оптимистичных прогнозах относительно обитаемости планет. Другими словами, предполагается, что все каменистые планеты размером с Землю, вращающиеся вокруг обитаемых зон, способны поддерживать жизнь, то есть у них есть плотная атмосфера, магнитные поля, жидкая вода на их поверхности, а все жизненосные выбросы, которые выживают, попадая в нашу атмосферу, являются способны откладывать микробы на поверхности. Как резюмировал Цао, их результаты не доказывают панспермию и не разрешают споры о происхождении жизни на Земле. Тем не менее, они дают ценную информацию и ограничивают возможность того, что жизнь пришла сюда через такие объекты, как Оумуамуа. Несмотря ни на что, эти открытия, вероятно, будут иметь серьезные последствия для астробиологии, которая становится все более разнообразной областью:
«Мы объединяем физику, биологию и химию с изучением панспермии как происхождения жизни, и редко бывает такое разнообразие тем в одной области исследований. Я думаю, что астробиология имеет тенденцию становиться все более междисциплинарной, что, на мой взгляд, является Это положительная тенденция, поскольку она позволит экспертам любого уровня подготовки развивать астробиологию. Наши исследования могут способствовать этой тенденции. Что касается наших результатов в области панспермии, вероятность того, что панспермия породила жизнь на Земле, маловероятна, но количество планет в обитаемой зоне, на которых обитают жизнь в нашей галактике существенно больше. «Будущие астробиологические исследования могут использовать эти результаты для развития наших исследований панспермии. Однако мы не учитываем и даже не знаем всех факторов, которые могут повлиять на правдоподобность панспермии. Я считаю, что наши результаты открывают новые направления для будущих исследований панспермии, чтобы Одной из потенциальных областей исследований, если мы действительно найдем доказательства существования жизни в других мирах в будущем, будь то в нашей Солнечной системе или через биосигнатуры в атмосферах экзопланет, является рассмотрение экспериментальных и наблюдательных тестов. различать жизнь, возникшую посредством механизма панспермии, и жизнь, которая развилась и возникла независимо».
