Jak se dá najít život ve vesmíru?

Existuje život na jiných planetách? To je otázka, na kterou ještě nikdo nedokázal uspokojivě odpovědět. Nalézt stopy života není totiž vůbec jednoduché. Nová studie nabízí přístup, který by měl být spolehlivější a univerzálnější.

Dosavadní pátrání astronomů připomíná hledání jehly v kupce sena.

Vědci se dnes zaměřují na jednotlivé planety a v jejich atmosférách zkoumají přítomnost plynů, jako je kyslík, metan nebo ozon. Tento postup má ovšem značnou nevýhodu v podobě falešně pozitivních nálezů. Neživé chemické procesy, například vulkanická činnost nebo rozpad vody vlivem ultrafialového záření, dokážou tyto plyny vytvořit i na naprosto mrtvých světech.

Druhou možností je hledání technosignatur, tedy projevů vyspělých civilizací, což ale vyžaduje až příliš detailní úvahy o tom, jaké technologie by mohla cizí inteligence používat.

Nová studie teď přichází se zajímavou metodou, která se nesnaží definovat, jak přesně má život vypadat, ale zkoumá, jak se chová v měřítku celé galaxie.

Panspermie a terraformace

Vědci chtějí k nalezení života ve vesmíru využít koncepty jako panspermie a terraformace.

Panspermie předpokládá, že se život neomezuje jen na jedinou planetu, ale dokáže migrovat vesmírem.

Může se šířit úmyslně - ale i čistě mechanicky, například když náraz asteroidu vymrští do prostoru úlomky hornin s mikroorganismy, které po dlouhé pouti dopadnou na jinou planetu.

Terraformace pak představuje proces, kdy tito mikrobiální kolonizátoři začnou nové prostředí aktivně přetvářet, měnit složení jeho atmosféry a vnesou tak na cizí planetu vlastní biologickou stopu.

Výzkumníci si uvědomili, že pokud k tomuto přenosu dochází, život se v kosmickém prostoru nebude vyskytovat osamoceně. Sousední planety si začnou být nápadně podobné. Mohli bychom tedy pozorovat hned celou síť světů sdílejících společné charakteristiky.

Aby autoři studie tento koncept otestovali, vyvinuli počítačový model, ve kterém simulovali tisíc planet náhodně rozmístěných v trojrozměrném prostoru.

Na počátku simulace nesla život jen jedna planeta, která v simulaci fungovala jako zdroj. Tento živý svět postupně vysílal zárodky do svého okolí, přičemž model upřednostňoval přenos na nejbližší sousední planety, které vykazovaly nejpodobnější výchozí chemické složení. Jakmile život na cílovou planetu dorazil, spustil se tu nevyhnutelně proces terraformace.

Nově vzniklý ekosystém si sice uchoval malou část původních vlastností dané planety, ale většinu svých nových rysů přebral od svého mateřského světa. Celý proces se v simulaci opakoval v mnoha generacích. V datech vznikaly specifické shluky planet s podobným chemickým profilem.

K odhalení těchto biologicky ovlivněných oblastí vědci použili nástroj vypůjčený z pozemské ekologie, konkrétně Mantelův test.

Mantelův test...

... je matematický a statistický nástroj, který dovoluje zjistit, jestli existuje vztah mezi dvěma různými sadami informací o stejných objektech. Test porovnává tabulky vzájemných vztahů.

Když vědci chtějí zkoumat například genetickou podobnost stromů v lese, vytvoří dvě samostatné tabulky. První tabulka obsahuje údaje o vzdálenosti stromů. Druhá tabulka obsahuje genetická data, která na základě analýzy DNA popisují, jak moc se od sebe jednotlivé stromy geneticky liší.

Mantelův test následně vezme tyto dvě tabulky a začne zkoumat, jestli se dá nalézt nějaká souvislost. Stromy, které rostou blízko sebe, by například mohly mít zároveň podobnější DNA než stromy, které jsou od sebe daleko. Pokud test ukáže vysokou shodu, znamená to, že poloha a genetika spolu souvisejí - a tedy také to, že se semena stromů šíří jen do blízkého okolí a les se vyvíjí přirozenou příbuzenskou cestou.

Ve výše zmiňované astrobiologické studii byly stromy nahrazeny planetami.

Pokud by byl vesmír naprosto mrtvý a vlastnosti planet by závisely jen na náhodě nebo na chemických procesech při formování konkrétní hvězdy, Mantelův test by neukázal žádnou významnou souvislost. Planety nacházející se blízko sebe by si byly podobné jen v rámci statistické náhody.

V momentě, kdy do systému vstoupí život, začne se šířit panspermií na sousední světy a terraformovat je, začíná se mu složení planet čím dál víc přizpůsobovat. V simulaci se ukázalo, že jakmile život kolonizuje přibližně sedm procent světů, začíná být touto metodou rozeznatelný.

Samotné zjištění, že v určitém regionu galaxie existuje život, by ovšem astronomům nestačilo. Vědci navrhli metodu, jak identifikovat konkrétní obyvatelné světy, aniž by znali jejich předchozí vývoj. Využili k tomu jiný algoritmus. Ten seskupil planety výhradně podle jejich pozorovatelných chemických vlastností. Výzkumníci následně analyzovali, jak by se změnil celý systém, pokud by jednotlivé objekty z datové sady úplně odstranili. Pokud odstranění určité skupiny planet vedlo ke značnému poklesu celkové shody, znamenalo by to logicky, že tato skupina vykazuje znaky panspermie.

Výsledky, kterých budeme moci využít při budoucím hledání života

Metoda dokáže s naprostou jistotou odhalit mrtvé planety, čímž vlastně eliminuje riziko falešných nálezů života.

Dokonce i schopnost odhalit úplně všechny terraformované světy, byla v simulacích hodně vysoká.

Díky této metodě by tedy mohli vědci z tisíců exoplanet vybrat nejlepší kandidáty, na které by se poté mohla zaměřit pozorování výkonných vesmírných teleskopů, aniž by se jejich drahocenným časem plýtvalo na nepříliš nadějné exempláře.

^{Zdroj: An Agnostic Biosignature Based on Modeling Panspermia and Terraforming, Harrison B. Smith and Lana Sinapayen, ApJ 1001, 102, DOI 10.3847/1538-4357/ae4ee3}