09.06.2025. - Признаки биологической активности на экзопланете K2-18b

Признаки биологической активности на экзопланете K2-18b

Крошечный знак, обнаруженный в апреле, может изменить Вселенную, какой мы ее знаем. Астрономы обнаружили лишь намек, мерцание двух молекул, циркулирующих в атмосфере далекой планеты под названием K2-18b, — молекул, которые на Земле производятся только живыми существами. Это была заманчивая перспектива: самое многообещающее на сегодняшний день свидетельство внеземной биосигнатуры или следов жизни, связанных с биологической активностью. Но всего несколько недель спустя новые находки говорят о том, что поиски необходимо продолжить.

“Это было захватывающе, но сразу же подняло несколько тревожных вопросов, потому что это заявление о потенциальной биосигнатуре имело бы историческое значение, но также значимость или достоверность статистических данных казались слишком высокими для данных”, - сказал доктор Луис Уэлбэнкс, научный сотрудник Школы научных исследований Университета штата Аризона. Исследование Земли и космоса.

Хотя молекулы, идентифицированные на K2-18b в ходе апрельского исследования, — диметилсульфид, или DMS, и диметилдисульфид, или DMDS — в значительной степени связаны с микробными организмами на нашей планете, ученые отмечают, что эти соединения могут образовываться и без присутствия жизни. Теперь три команды астрономов, не участвовавших в исследовании, включая Уэлбэнкса, оценили модели и данные, использованные при первоначальном открытии биосигнатур, и получили совершенно разные результаты, которые они представили на экспертную оценку.

Тем временем ведущий автор апрельского исследования Никку Мадхусудхан и его коллеги провели дополнительные исследования, которые, по их словам, подтверждают их предыдущие выводы о планете. И вполне вероятно, что на горизонте появятся дополнительные наблюдения и исследования нескольких групп ученых.

Серия исследовательских работ, посвященных K2-18b, дает представление о научном процессе, происходящем в режиме реального времени. Это дает представление о сложностях и нюансах того, как исследователи ищут доказательства существования жизни за пределами Земли, и показывает, почему бремя доказывания так велико и его трудно достичь.

Зашумленные данные

Расположенная в 124 световых годах от Земли, K2-18b обычно считается достойной целью для поиска признаков жизни. Согласно предыдущим исследованиям, проведенным Мадхусудханом, профессором астрофизики и экзопланетологии Института астрономии Кембриджского университета, считается, что это мир Гайса, планета, полностью покрытая жидкой водой с богатой водородом атмосферой. И как таковая, K2-18b быстро привлекла к себе внимание как потенциально обитаемое место за пределами нашей Солнечной системы.

Убежденный в перспективности K2-18b, Мадхусудхан и его коллеги из Кембриджа использовали наблюдения планеты с помощью крупнейшего действующего космического телескопа - космического телескопа Джеймса Уэбба - для дальнейшего изучения планеты. Но два ученых из Чикагского университета — доктор Рафаэль Луке, аспирант кафедры астрономии и астрофизики университета, и Майкл Чжан, научный сотрудник 51 Pegasi b / Burbidge, — заметили некоторые проблемы в том, что они обнаружили.

После ознакомления с апрельским докладом Мадхусудхана и его команды, в котором были представлены результаты их исследования за 2023 год, Луке и Чжан заметили, что данные Уэбба выглядят “зашумленными”, - сказал Луке.

Шум, вызванный несовершенствами телескопа и скоростью, с которой различные частицы света достигают телескопа, - это лишь одна из проблем, с которой сталкиваются астрономы при изучении удаленных экзопланет. Шум может искажать результаты наблюдений и вносить неопределенность в данные, сказал Чжан.

Попытки обнаружить определенные газы в атмосферах отдаленных экзопланет приводят к еще большей неопределенности. По словам Чжана, наиболее заметные особенности такого газа, как диметилсульфид, обусловлены связью молекул водорода и углерода — связью, которая может растягиваться, изгибаться и поглощать свет на разных длинах волн, что затрудняет окончательное обнаружение одного вида молекул.

“Проблема в том, что практически каждая органическая молекула имеет углерод-водородную связь”, - сказал Чжан. “Таких молекул сотни миллионов, и поэтому эти особенности не уникальны. Если у вас есть точные данные, вы, вероятно, сможете отличить разные молекулы. Но если у вас нет точных данных, многие молекулы, особенно органические, выглядят очень похоже, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне”.

Углубившись в работу, Луке и Чжан также заметили, что воспринимаемая температура планеты, по-видимому, резко возросла с диапазона примерно от 250 Кельвинов до 300 Кельвинов (от -9,67 до 80,33 градусов по Фаренгейту или от -23,15 до 26,85 градусов по Фаренгейту) в исследовании Мадхусудхана, опубликованном в 2023 году, до 422 Кельвинов (299,93 градусов по Фаренгейту или 148,85 градусов по Фаренгейту).) в апрельском исследовании.

По словам Чжана, такие резкие перепады температур могут изменить представление астрономов о потенциальной обитаемости планеты, особенно потому, что в верхних слоях атмосферы — области, которую может обнаружить Уэбб, — сохраняются более низкие температуры, а на поверхности или в океане ниже, вероятно, будут еще более высокие температуры.

“Это всего лишь вывод из атмосферы, но он, безусловно, повлияет на то, как мы думаем о планете в целом”, - сказал Лука.

По его словам, отчасти проблема заключается в том, что апрельский анализ не включал данные, собранные с помощью всех трех инструментов Webb, которые команда Мадхусудхана использовала за последние несколько лет. Итак, Луке, Чжан и их коллеги провели исследование, объединив все доступные данные, чтобы выяснить, могут ли они достичь тех же результатов или даже обнаружить большее количество диметилсульфида. Они обнаружили “недостаточные доказательства” присутствия обеих молекул в атмосфере планеты.

Вместо этого команда Луке и Чжана обнаружила другие молекулы, такие как этан, которые могли бы соответствовать тому же профилю. Но этан не означает жизнь.

Исчезающие свидетельства

Уэлбэнкс из университета штата Аризона и его коллеги, в том числе доктор Мэтт Никсон, научный сотрудник кафедры астрономии Мэрилендского университета в Колледж-парке, также обнаружили то, что они считают фундаментальной проблемой, в апрельской статье о K2-18b.

По словам Уэлбэнкса, проблема заключалась в том, как Мадхусудхан и его команда создали модели, чтобы показать, какие молекулы могут находиться в атмосфере планеты.

“Каждая (молекула) тестируется по очереди на одном и том же минимальном базовом уровне, что означает, что каждая отдельная модель имеет искусственное преимущество: это единственное допустимое объяснение”, - сказал Уэлбэнкс.

Когда Уэлбэнкс и его команда провели свой собственный анализ, они расширили модель, основанную на исследовании Мадхусудхана.

“(Мадхусудхан и его коллеги) не учитывали никаких других химических соединений, которые потенциально могли бы вызывать эти слабые сигналы или наблюдения”, - сказал Никсон. “Поэтому главное, что мы хотели сделать, - это оценить, могут ли другие химические соединения адекватно соответствовать полученным данным”.

Когда модель была расширена, доказательства наличия диметилсульфида или диметилдисульфида “просто исчезли”, - сказал Уэлбэнкс.

Бремя доказывания

Мадхусудхан считает, что исследования, опубликованные после его апрельской статьи, “очень обнадеживают” и “позволяют провести конструктивную дискуссию по интерпретации наших данных о K2-18b”.

Он проанализировал работу Луке и Чжана и согласился с тем, что их результаты не свидетельствуют о “сильном выявлении DMS или DMD”. Когда команда Мадхусудхана опубликовала статью в апреле, он сказал, что наблюдения достигли уровня значимости в три сигмы, или 0,3% вероятности того, что обнаружение произошло случайно.

Для научного открытия, вероятность случайного совершения которого крайне мала, результаты наблюдений должны соответствовать пороговому значению в пять сигм, или быть ниже 0,00006% вероятности того, что наблюдения были сделаны случайно. По словам Уэлбэнкса, достижение такого порога потребует многих шагов, включая повторное обнаружение одной и той же молекулы с помощью нескольких телескопов и исключение потенциальных небиологических источников.

Хотя такие доказательства могут быть найдены еще при нашей жизни, маловероятно, что это будет момент эврики, и скорее всего, они будут накапливаться медленно, требуя консенсуса среди астрономов, физиков, биологов и химиков.

“Мы никогда не достигали такого уровня доказательности ни в одном из наших исследований”, - написал Мадхусудхан в электронном письме. “В наших двух предыдущих исследованиях (Madhusudhan et al., 2023 и 2025) мы нашли доказательства на уровне или ниже 3-сигмы. Мы называем это умеренными доказательствами или намеками, но не убедительным доказательством. Я согласен с утверждением (Луке и Чжана), которое согласуется с нашим исследованием, и мы широко обсуждали необходимость более веских доказательств в нашем исследовании и сообщениях”.

В ответ на исследование, проведенное командой Уэлбэнкса, Мадхусудхан и его коллеги из Кембриджа написали еще одну рукопись, в которой расширили поиск по K2-18b, включив в него 650 типов молекул. Они представили новый анализ на экспертную оценку.

“Это самый масштабный поиск химических сигнатур на экзопланете на сегодняшний день, с использованием всех доступных данных по K2-18b и поиском по 650 молекулам”, - сказал Мадхусудхан. “Мы обнаружили, что DMS продолжает оставаться многообещающей молекулой-кандидатом на этой планете, хотя для точного обнаружения требуются дополнительные наблюдения, как мы отмечали в наших предыдущих исследованиях”.

Уэлбэнкс и Никсон были довольны тем, что Мадхусудхан и его коллеги рассмотрели поднятые проблемы, но считают, что новый документ фактически опровергает основные утверждения, сделанные в первоначальном апрельском исследовании, сказал Уэлбэнкс.

“В новом документе молчаливо признается, что обнаружение DMS /DMDS не было надежным, но по-прежнему опирается на ту же ошибочную статистическую базу и выборочное прочтение собственных результатов”, - сказал Уэлбэнкс в электронном письме. “Хотя тон становится более осторожным (иногда), методология продолжает скрывать истинный уровень неопределенности. Статистическая значимость, заявленная в более ранних работах, была результатом произвольных решений моделирования, которые не были подтверждены”.

Люк сказал, что новая работа кембриджской команды - это шаг в правильном направлении, поскольку в ней исследуются другие возможные химические биосигналы.

“Но я думаю, что это не соответствовало масштабу”, - сказал Люк. “Я думаю, что это слишком ограничило себя, став опровержением статьи (Уэлбэнкса)”.

Однако в отдельности астрономы, изучающие K2-18b, сходятся во мнении, что продвижение вперед в исследовании экзопланеты вносит свой вклад в научный процесс.

“Я думаю, что это просто хорошая, здоровая научная дискуссия о том, что происходит с этой планетой”, - сказал Уэлбэнкс. “Независимо от того, что сейчас говорит какая-либо отдельная авторская группа, у нас нет худа без добра. Но именно поэтому это так интересно, потому что мы знаем, что мы как никогда близки к тому, чтобы найти биосигнатуру, и я думаю, что мы можем получить ее в течение нашей жизни, но прямо сейчас мы к этому не готовы. Это не провал. Мы тестируем смелые идеи”.

Источник