Organické látky na exoplanetách

Mohou být na cizích planetách přítomny organické sloučeniny? Odpověď dá nová generace teleskopů. Máme čekat spíše kladnou nebo zápornou odpověď? (délka blogu 5 min.)   

To, že ve vesmíru existuje velké množství exoplanet dnes není tajemství. Zdá se dokonce, že jich je více než samotných hvězd. Planety se totiž vytvářejí ze stejných oblaků plynu a prachu, z jakých vznikají samotné hvězdy. Přitom se na oběžných drahách kolem mladých Sluncí formuje ne jedna, ale hned větší množství planet. 

Z principu bude mít tedy ve vesmíru vznik života - odkázaného na planetární povrch nebo na povrch vhodného měsíce - dobrou šanci. 

O tom, jestli se život našeho typu vyvine i vně Sluneční soustavy ale nerozhoduje pouhá existence nebo neexistence planety ve vhodné vzdálenosti k mateřské hvězdě. Bude samozřejmě záležet ještě na … tamní chemii. 

Další otázka tedy zní: existuje na exoplanetách dost materiálu, ze kterého by se mohly postupně vyvíjet nejrůznější organické látky? Mají k dispozici vhodné chemické stavební kameny pro vznik života?

Chemie života

Jediným chemickým prvkem, který se za běžných podmínek může slučovat do velice komplexních molekul a vytvářet nám známou organickou hmotu, je uhlík. Je to dáno jeho fyzikální strukturou. 

Uhlík patří mezi poměrně lehké prvky. V jeho jádře se vyskytuje pouze šest protonů a šest neutronů - viz dolní schématický obrázek (neutrony jsou označené modře, protony červeně). Kolem jádra se v určitých oblastech vyskytuje šest elektronů, které kompenzují náboj protonů v jádře a vytvářejí tak neutrální atom. 

Přitom se elektrony mohou angažovat jen v místech, která jim povoluje fyzika. 

První čtyři bydlí v kulovitých obydlích blízko jádra (vždy po dvou). Zbylé dva obíhají po komplexnější dráze, která má zhruba tvar oválu. Jsou to právě tyto dva elektrony, které nejsou spárované a mohou se seznamovat s elektrony z jiných atomů. A co víc - uhlík má k dispozici ještě jeden ovál - tedy úplně prázdný apartmán, ve kterém se mohou usídlit další dva elektronoví hosté. 

Nakonec může tedy uhlík hostit hned čtyři cizí elektrony (na obrázku znázorněné bílými místy ve fialových apartmánech) - a tím vytvářet čtyři vazby na jiné atomy. 

Situace kolem jádra je tedy poměrně přehledná a zároveň umožňuje značnou komplexitu vznikajících molekul. 

Uhlík vzniká spalováním hélia v jádrech větších hvězd. 

Zjednodušeně řečeno, jeho vznik není podmíněn dokonce ani extrémními stavy při výbuchu supernovy (jako je tomu u prvků těžších než železo), ale vyrábí se v poměrně “běžných” hvězdách. Ve vesmíru ho tedy musí být značné množství, stejně jako je tu velké množství dalších důležitých komponent - kyslíku a vodíku. Teoreticky tedy nestojí vzniku organické hmoty v cestě žádné chemické překážky. Jak to ale vypadá v praxi?

Vesmírná chemie

Vesmír je ve skutečnosti převážně pustý. Přesto se tu odehrávají nejrůznější chemické reakce. Je logické, že se to děje tam, kde gravitace koncentrovala hmotu do mezihvězdných mračen prachu a plynu. Právě zde už vědci pozorovali přes 150 různých molekul. 

A nejsou to ledajaké molekuly. Zhruba 50 z nich obsahuje 6 nebo dokonce více než 6 atomů. Pokud obsahují uhlík, dají se bez nadsázky nazvat jednoduchými organickými molekulami. 

Takovou pestrost vědci původně nečekali. Zdá se ale, že jsou to právě povrchy zrnek prachu, které umožňují setkávání různých atomů a tím i jejich chemické reakce v jinak poměrně chladném prostředí vesmíru. Záleží pak na jednotlivých lokalitách, jestli se v těchto nově vzniklých molekulách nachází větší nebo menší množství vodíku - jestli jsou tedy spíše podobné těm, které známe na Zemi nebo jsou exotičtější. 

Zdroje organických látek pro exoplanety

Pokud se tedy chceme dozvědět, jestli je vesmír obývaný nebo alespoň obyvatelný, musíme se poohlédnout po organických molekulách v okolí stabilně zářivých hvězd. 

Za velice důležitou sloučeninu přitom vědci považují methanol - jednoduchý alkohol, který má ve své molekule jen jeden atom uhlíku. Je to mimochodem velice blízký příbuzný alkoholu, který je tak oblíben mezi pozemšťany a některými jejich domácími nebo divokými zvířaty - ethanolu. Ethanol se liší tím, že má ve své molekule hned dva atomy uhlíku. 

Methanol se tvoří hydrogenací oxidu uhelnatého - CO, který zkondenzoval v podobě ledu na povrchu prachových zrn. Podmínky pro jeho vznik tedy nejsou příliš náročné: musí být přítomen CO a voda - a musí jim být zima. 

Methanol je pak nezbytným základem pro tvorbu aminokyselin a bílkovin, které se skutečné organické hmotě, tak jak ji známe na Zemi, velice přibližují. 

Vědci nedávnou zkoumali stav planetárního disku kolem hvězdy HD 100 546. Detekovali v něm methanol a to i přesto, že je v něm příliš teplo na to, aby se vytvořil přímo na místě. Je tu přítomen ve formě plynu (a nikoliv pevného kondenzátu). Musí to být tedy pozůstatek organické látky, která se kdysi vytvořila v původním oblaku chladného plynu a prachu. 

Znamená to, že výskytu organických látek v cizích planetárních soustavách nestojí v cestě nic principiálního. Mohou dědit organické látky, které se formovaly dříve než vznikaly soustavy samotné. 

A podobně jako v naší vlastní soustavě - se tu jednoduché organické látky mohou v chladnějších vnějších oblastech účastnit formování komet, které jimi pak jednoho dne kontaminují vnitřní kamenné planety. 

Zdroje: https://www.nature.com/articles/s41550-021-01352-w