Веселящий газ N2O может помочь в поисках жизни на экзопланетах

Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде предполагают, что чего-то не хватает в типичном списке химических веществ, которые астробиологи используют для поиска жизни на планетах вокруг других звезд, — веселящего газа.

Химические соединения в атмосфере планеты, которые могут указывать на жизнь, называемые биосигнатурами, обычно включают газы, в изобилии присутствующие сегодня в атмосфере Земли.

«Было много размышлений о кислороде и метане как о биосигнатурах.

Меньшее количество исследователей серьезно рассматривало закись азота, но мы думаем, что это может быть ошибкой», — сказал Эдди Швитерман, астробиолог из Департамента наук о Земле и планетах UCR.

Этот вывод и работа по моделированию, которая к нему привела, подробно описаны в статье, опубликованной в Astrophysical Journal.

Чтобы достичь этого, Швитерман возглавил группу исследователей, которые определили, сколько закиси азота могут производить живые существа на планете, похожей на Землю.

Затем они создали модели, имитирующие эту планету вокруг различных типов звезд, и определили количество N2O, которое может быть обнаружено такой обсерваторией, как космический телескоп Джеймса Уэбба.

«В такой звездной системе, как TRAPPIST-1, ближайшей и лучшей системе для наблюдения за атмосферами каменистых планет, вы потенциально можете обнаружить закись азота на уровне, сравнимом с CO2 или метаном», — сказал Швитерман.

Есть несколько способов, которыми живые существа могут создавать закись азота или N2O. Микроорганизмы постоянно преобразуют другие соединения азота в N2O, метаболический процесс, который может дать полезную клеточную энергию.

«Жизнь производит отходы азота, которые некоторые микроорганизмы превращают в нитраты. В аквариуме эти нитраты накапливаются, поэтому вам нужно менять воду», — сказал Швитерман.

«Однако при правильных условиях в океане некоторые бактерии могут превращать эти нитраты в N2O», — сказал Швитерман. «Затем газ просачивается в атмосферу».

При определенных обстоятельствах N2O может быть обнаружен в атмосфере и все же не указывать на наличие жизни. Команда Швитермана учла это при моделировании. Небольшое количество закиси азота создается, например, молнией. Но наряду с N2O молния также создает диоксид азота, что может дать астробиологам ключ к разгадке того, что неживая погода или геологические процессы создали газ.

Другие, считавшие N2O биосигнатурным газом, часто приходят к выводу, что его будет трудно обнаружить с такого большого расстояния. Швитерман объяснил, что этот вывод основан на сегодняшних концентрациях N2O в атмосфере Земли. Поскольку на этой планете, изобилующей жизнью, его не так много, некоторые считают, что его также будет трудно обнаружить где-либо еще.

«Этот вывод не учитывает периоды в истории Земли, когда условия океана позволяли гораздо большему биологическому выбросу N2O. Условия в те периоды могут отражать сегодняшнее состояние экзопланеты», — сказал Швитерман.

Швитерман добавил, что обычные звезды, такие как карлики K и M, производят световой спектр, который менее эффективен для разрушения молекулы N2O, чем наше Солнце. Сочетание этих двух эффектов может значительно увеличить прогнозируемое количество биосигнатурного газа в обитаемом мире.

В исследовательскую группу вошли астробиологи UCR Дарья Пидгородецкая, Энди Риджвелл и Тимоти Лайонс, а также ученые из Университета Пердью, Технологического института Джорджии, Американского университета и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.

Исследовательская группа считает, что настало время для астробиологов рассмотреть альтернативные биосигнатурные газы, такие как N2O, потому что телескоп Джеймса Уэбба вскоре может отправлять информацию об атмосферах каменистых, похожих на Землю планет в системе TRAPPIST-1.

«Мы хотели выдвинуть эту идею, чтобы показать, что не исключено, что мы найдем этот биосигнатурный газ, если будем его искать», — сказал Швитерман.

Автор Жюль Бернштейн.