מחקר בעזרת טלסקופ החלל ג'יימס וב גילה באטמוספרה של כוכב לכת במערכת שמש אחרת מולקולות שבכדור הארץ נוצרות רק בפעילות ביולוגית. עם זאת, הממצאים עדיין רחוקים מהוכחה שקיימים שם חיים
הכוכב K2-18 הוא שמש קטנה מסוג ננס אדום השוכנת כ-124 שנות אור מאיתנו, בקבוצת הכוכבים אריה. בשנת 2015 גילו מדידות בטלסקופ החלל קפלר כי סביב הכוכב הזה חג כוכב לכת, והוא קיבל כמקובל את השם K2-18b. זהו כוכב לכת בעל מסה גדולה פי שמונה משל כדור הארץ, מסדר גודל המכונה תת-נפטוני, כלומר קטן מעט מנפטון. הוא עורר את סקרנותם של מדענים מכיוון שהוא נמצא ב"אזור הישיב" – במרחק כזה מהכוכב שלו כך שהטמפרטורה על פניו מאפשרת קיום של מים נוזלים – ובעיקר בגלל שיש לו אטמוספרה מעניינת. מדידות ראשונות העלו שהאטמסופרה הזו מכילה אדי מים, ומדידות נוספות בעזרת טלסקופ החלל ג'יימס וב העלו כי האטמוספרה מכילה גם פחמן דו-חמצני (CO2) ומתאן (CH4). שתי אלו הן מולקולות פחמניות פשוטות שהן חלק בלתי נפרד מתהליכי החיים על כדור הארץ, ונפלטות בכל נשיפה ונפיחה שלנו – אבל יכולות להיווצר גם בתהליכים שאינם ביולוגיים. מדידות חדשות שהתפרסמו השבוע מעלות את מפלס הסקרנות לשיא חדש, משום שהפעם הן כוללות שני חומרים פשוטים שעל כדור הארץ נוצרים, ככל הידוע לנו, רק בתהליכים ביולוגיים.
אטמוספרה שמכילה מולקולות כמו פחמן דו-חמצני ומימן. הדמיה בעיני אמן של כוכב הלכת K2-18b, ובצד שמאל זורחת השמש שלו | מקור: NASA, CSA, ESA, J. Olmsted (STScI), Science: N. Madhusudhan, Cambridge University
"אות חזק וברור"
המדידות החדשות, שתוצאותיהן פורסמו במאמר בכתב העת Astrophysical Journal Letters, העלו כי האטמוספרה של K2-18b מכילה דימתיל סולפיד (או בקיצור DMS, שנוסחתו היא CH3-S-CH3), ודימתיל דיסולפיד ( DMDS, שנוסחתו CH3-S-S-CH3). דימתיל סופליד הוא מולקולה נפוצה מאוד בכדור הארץ, בעלת ריח חזק ודי לא נעים. היא מיוצרת בכל מקום שבו חיידקים מפרקים חומר ביולוגי, ומזוהה מאוד עם הריחות האופייניים לים, שם החיידקים מפרקים כמויות עצומות של אצות פיטופלנקטון זעירות, ופולטים לאטמוספרה כמויות גדולות של DMS. גם דימתיל דיסולפיד, שיש לה אטום גופרית נוסף, היא מולקולה שמוכרת בעיקר בזכות ריח לא נעים, וגם היא מזוהה עם תהליכים ביולוגיים רבים. היא נוצרת בפעילות של חיידקים ופטריות, כמו גם של צמחים ובעלי חיים. למשל, הצמח "גוויית הזבובים" ממשפחת הלופיים, שמפורסם בזכות ריחו המצחין שמושך אליו זבובים מאביקים, מתבסס בעיקר על DMDS ו-DMS להפקת ריח הביאושים שלו.
כבר במדידות הקודמות עם טלסקופ החלל ג'יימס וב הצביעו החוקרים על אפשרות שהאטמוספרה של K2-18b מכילה DMS. המדידות אז התבצעו בשני מכשירים של הטלסקופ שפועלים בתחום התת-אדום הקרוב, כלומר באורכי גל של פחות מ-5 מיקרון. במחקר החדש החוקרים התבססו על מכשיר אחר באותו טלסקופ (MIRI), המודד את הקרינה בטווח התת-אדום הבינוני, 12-6 מיקרון.
כדי לזהות מאילו חומרים מורכבת האטמוספרה של כוכב לכת רחוק, חוקרים משתמשים בספקטרומטריה – ניתוח הרכב אורכי הגל של האור. לכל חומר יש דפוס בליעה ופליטה של אורכי גל מסוימים, שיוצרת מעין חתימה אופטית שלו. כדי למדוד הרכב של אטמוספרה, החוקרים צריכים לצלם את כוכב הלכת בעזרת הטלסקופ, לנתח את ההרכב של אור הכוכב שעבר דרך האטמוספרה, ולהשוות אותו לאור הרגיל שלו, שלא עבר דרך האטמוספרה של כוכב לכת. זו משימה מורכבת גם בתנאים אופטימליים, וקשה עוד יותר כשמדובר בגרמי שמיים קטנים יחסית במרחק של יותר מ-120 שנות אור. לכן קשה להשיג ודאות רבה, ודרוש ניתוח מדוקדק של התצפיות והמדידות כדי להגיע למסקנה ברורה. הפעם לחוקרים לא היה ספק בנכונות הממצאים. "זו מדידה עצמאית, עם מכשיר שונה מאלה שהשתמשנו בהם בעבר, בטווח אחר של אורכי גל ובלי חפיפה למדידות הקודמות. האות היה חזק וברור", אמר ראש צוות המחקר, ניקו מדוסודן (Madhusudhan) מאוניברסיטת קיימברידג' באנגליה. "זה היה ממש לא ייאמן לראות את התוצאות מופיעות ונשארות עקביות בכל הניתוחים ובחינות האמינות", הוסיף מאנס הולמברג (Holmberg) ממכון טלסקופ החלל בארצות הברית, שחתום גם הוא על המאמר.
הממצאים עולים בקנה אחד עם מודל של כוכב לכת שבו יש אטמוספרה עשירה במימן, ועל פני השטח, אוקיינוס של מים נוזליים שיכול לכאורה לתמוך בחיים. כוכב לכת כזה מכונה "הייקיאני" (Hycean) – הלחם של המילים "מימן" (Hydrogen) ו"אוקיינוס". "מחקרים תיאורטיים קודמים חזו כי ייתכנו רמות גבוהות של גזים שמכילים גופרית, כמו DMS ו-DMDS בעולמות הייקיאניים", אמר מדוסודן. "עכשיו ראינו את זה, בהתאם למה שחזו המודלים. בשקלול כל מה שאנו יודעים על כוכב הלכת הזה, עולם הייקאיני עם אוקיינוס שוקק חיים הוא התרחיש המתאים ביותר לנתונים שלנו".
התוצאות נשארו עקביות. תוצאות המדידה בטלסקופ ג'יימס וב (נקודות צהובות) על רקע הנתונים כפי שחזו אותם המודלים (פס תכול) | מקור: A. Smith, N. Madhusudhan, Cambridge University
סימני שאלה רבים
על אף האופטימיות של צוות המחקר, יש כמה וכמה נקודות כבדות משקל שדורשות התייחסות לפני שנוכל להכריז על גילוי חיים מחוץ למערכת השמש. ראשית, החוקרים עצמם מציינים שרמת המובהקות של הממצאים היא 3-סיגמא, מונח סטטיסטי שמשמעותו היא שיש סיכוי של 0.3 אחוז שהממצאים אינם אמיתיים, או נוצרו באקראי. רמת המובהקות המקובלת במחקרים כאלה היא 5-סיגמא, שמורידה את הסיכון לטעות כזו ל-0.00006 אחוז בלבד. המשמעות המעשית היא שהסיכון שהממצאים לא נכונים קטן – אבל לא מספיק קטן.
נקודה נוספת היא שעל פי הממצאים, ריכוז ה-DMS וה-DMDS באטמוספרה של K2-18b גבוה בערך פי 10,000 מריכוזו באטמוספרה שלנו. אם בכדור הארץ שוקק החיים מדובר על ריכוז של חלקיק אחד למיליארד, שם הריכוז מוערך ב-10 חלקיקים למיליון. גם החוקרים מודים שעל אף ההתאמה למודלים, לא ברור מה המשמעות של הנתון הזה – אם הוא אכן מדויק – ויידרש עוד מחקר רב כדי לאמתו ולהבינו. "הגילוי של מולקולות החתימה הביולוגית האלה מעלה שאלות עמוקות בנוגע להתליכים שבהם הן נוצרו", אמר חבר נוסף בצוות המחקר, סובג'יט סרקר (Sarkar) מאוניברסיטת קרדיף בבריטניה.
והנקודה החשובה מכל, היא שאפילו אם הממצאים נכונים ומדויקים, העובדה שאנו לא מכירים תהליכים לא ביולוגיים שיוצרים את המולקולות האלה בכדור הארץ, ממש לא מבטיחה שזה כך גם במקומות אחרים. בסופו של דבר מדובר במולקולות פשוטות יחסית, ומכיוון שאין לנו מושג מה התנאים על פני כוכב הלכת עצמם, מתחת למעטה האטמוספרה, ואילו תהליכים געשיים או אחרים מתרחשים שם, גם אין לנו מושג אם מולקולות כאלה יכולות להיווצר שם בתהליכים לגמרי לא אורגניים. רק לפני כמה חודשים התברר שדגימות מהאסטרואיד בֶּנוּ מכילות מולקולות מורכבות, בהן אבני הבניין לקיום חיים, כך שהסבירות להיווצרות של מולקולות פשוטות יותר בכוכב לכת רחוק היא ממש לא נמוכה.
ויש עוד נקודה חשובה. מדובר בכוכב לכת קרוב אלינו מאוד במונחים קוסמיים, אבל רחוק מאוד מכל בחינה מעשית. אפילו אם נגלה שיש עליו חיים תבוניים, נשלח להם שאלה והם יבינו אותה ויענו מיד – התשובה תגיע כעבור 240 שנה. במילים אחרות, אם נשאל אותם מה שלומם, כנראה שרק הנינים של הנינים של הנינים שלנו יזכו לגלות מה היתה התשובה. טיסה לשם בטכנולוגיות הנוכחיות תארך מיליוני שנים – יותר מזמן הקיום של המין שלנו כולו.
החוקרים מודעים היטב כמובן לכל ההסתייגויות, ולא מנסים לטשטש אותן. הכותרת הזהירה שניתנה להודעה לעיתונות של אוניברסיטת קיימברידג' הייתה "הרמזים החזקים ביותר עד כה לפעילות ביולוגית מחוץ למערכת השמש". התקשורת, כדרכה, טשטשה במקרים רבים את ההסתייגויות, וקיבלנו כותרות כמו "אותרו סימנים ברורים לחיים בכוכב אחר". העובדות כמובן שונות מאוד, ואף על פי כן מדובר בממצא מעניין, שדורש עוד הרבה מאוד מחקר, אבל נותן לנו עוד רמז קטן לכך שאנו כנראה לא החיים היחידים ביקום.
רחוק מלהיות הוכחה לקיום חיים. סרטון של אוניברסיטת קיימברידג' על המחקר:
