مقالات علمی و روز

کشف مولکول‌های کلیدی و نشانه‌های بالقوه حیات در جو سیاره فراخورشیدی K2-18b توسط تلسکوپ جیمز وب

چکیده:

تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) به تازگی مشاهدات دقیقی از جو سیاره فراخورشیدی K2-18b، یک کاندیدای جهان “هایسینی” (Hycean world)، انجام داده است. این مشاهدات منجر به شناسایی مولکول‌های حاوی کربن، از جمله متان و دی‌اکسید کربن شده و نکته قابل توجه‌تر، نشانه‌های اولیه‌ای از وجود دی‌متیل سولفید (DMS) را آشکار ساخته است. در زمین، DMS عمدتاً توسط حیات، به‌ویژه فیتوپلانکتون‌ها در محیط‌های دریایی تولید می‌شود. این مقاله به بررسی این یافته‌ها، اهمیت آن‌ها در جستجو برای سکونت‌پذیری و حیات فرازمینی، و نیاز به مشاهدات بیشتر برای تأیید نهایی حضور DMS و تفسیر آن می‌پردازد.

مقدمه:

جستجو برای حیات فرازمینی یکی از جذاب‌ترین و چالش‌برانگیزترین حوزه‌های علمی معاصر است. سیارات فراخورشیدی که در “منطقه قابل سکونت” (Habitable Zone) ستاره میزبان خود قرار دارند – یعنی فاصله‌ای که امکان وجود آب مایع در سطح سیاره را فراهم می‌کند – اهداف اصلی این جستجو هستند. سیاره K2-18b، واقع در فاصله تقریبی ۱۲۰ سال نوری از زمین، یک سیاره از نوع “ابرزمین” یا “مینی‌نپتون” است که پیشتر نیز به دلیل پتانسیل داشتن اقیانوس‌های آبی و جو غنی از هیدروژن، به عنوان یک جهان هایسینی (ترکیبی از هیدروژن و اقیانوس) مورد توجه قرار گرفته بود.

مشاهدات تلسکوپ فضایی جیمز وب و ترکیب جوی K2-18b:

تلسکوپ فضایی جیمز وب با استفاده از ابزارهای طیف‌سنج بسیار حساس خود (مانند NIRISS و NIRSpec)، نور ستاره میزبان K2-18 را هنگام عبور سیاره K2-18b از مقابل آن (پدیده گذر) و همچنین اندکی قبل و بعد از ناپدید شدن سیاره پشت ستاره (پدیده اختفا) تحلیل کرده است. این تکنیک، که به “طیف‌سنجی عبوری” (Transmission Spectroscopy) و “طیف‌سنجی انتشار حرارتی” (Thermal Emission Spectroscopy) معروف است، به دانشمندان اجازه می‌دهد تا مولکول‌های موجود در جو سیاره را شناسایی کنند.

داده‌های جدید JWST حضور قطعی متان (CH4CH_4CH4​) و دی‌اکسید کربن (CO2CO_2CO2​) را در جو K2-18b تأیید می‌کند. فراوانی این مولکول‌ها و همچنین کمبود آمونیاک، از نظریه وجود اقیانوسی از آب در زیر جوی غنی از هیدروژن این سیاره پشتیبانی می‌کند.

اهمیت بالقوه کشف دی‌متیل سولفید (DMS):

شگفت‌انگیزترین بخش این یافته‌ها، شناسایی سیگنال‌های ضعیف اما قابل توجهی است که می‌تواند مربوط به مولکول دی‌متیل سولفید (CH3SCH3CH_3SCH_3CH3​SCH3​) باشد. در زمین، DMS یک “زیست‌نشانگر” (Biosignature) مهم محسوب می‌شود، زیرا بخش عمده آن توسط فرآیندهای بیولوژیکی، خصوصاً توسط فیتوپلانکتون‌ها در اقیانوس‌ها تولید می‌شود و نقش مهمی در چرخه گوگرد و تشکیل ابرها دارد.

با این حال، دانشمندان تأکید دارند که این یک کشف اولیه است و نیاز به مشاهدات و تحلیل‌های بیشتر برای تأیید قطعی حضور DMS و رد کردن منابع غیربیولوژیکی احتمالی آن وجود دارد. اگر حضور DMS تأیید شود، این می‌تواند یکی از قوی‌ترین شواهد برای فعالیت بیولوژیکی در یک سیاره فراخورشیدی تا به امروز باشد، هرچند که تفسیر آن همچنان پیچیده خواهد بود.

پیامدها و تحقیقات آتی:

کشف مولکول‌های کربن‌دار و به‌ویژه نشانه احتمالی DMS در جو K2-18b، این سیاره را به یکی از جذاب‌ترین اهداف برای مطالعات آینده در زمینه جستجوی حیات تبدیل می‌کند. برنامه‌های رصدی بیشتری با JWST برای این سیاره در نظر گرفته شده است تا سیگنال DMS با دقت بالاتری بررسی شود و سایر ویژگی‌های جوی آن نیز مورد مطالعه قرار گیرد.

دانشمندان همچنین به دنبال مدل‌سازی دقیق‌تر جو این سیاره هستند تا مشخص کنند آیا شرایط فیزیکی و شیمیایی آن واقعاً می‌تواند از حیات، آنگونه که ما می‌شناسیم یا حتی اشکال متفاوتی از آن، پشتیبانی کند.

نتیجه‌گیری:

یافته‌های اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب در مورد سیاره فراخورشیدی K2-18b، گام مهمی در جهت شناسایی و توصیف جو سیارات قابل سکونت بالقوه فراتر از منظومه شمسی است. شناسایی متان و دی‌اکسید کربن، همراه با نشانه وسوسه‌انگیز دی‌متیل سولفید، پتانسیل K2-18b را به عنوان یک جهان هایسینی با امکان وجود فرآیندهای بیولوژیکی افزایش می‌دهد. اگرچه برای نتیجه‌گیری قطعی در مورد وجود حیات بسیار زود است، این اکتشافات مسیر هیجان‌انگیزی را برای تحقیقات آینده در اخترزیست‌شناسی هموار می‌کند و نشان‌دهنده قدرت بی‌نظیر JWST در کاوش اسرار کیهان است.

تألیف و تدوین: سید محمد (دانش‌آموز [پایه هشتم دوره اول متوسطه]، با گرایش پژوهشی به اخترزیست‌شناسی و سیارات فراخورشیدی)

مقاله حاضر، به ارائه و تحلیل یافته‌های نوین و حائز اهمیت تلسکوپ فضایی جیمز وب (JWST) در خصوص شناسایی مولکول‌های ارگانیک و نشانگرهای زیستی بالقوه در اتمسفر سیاره فراخورشیدی K2-18b اختصاص یافته است. مبانی علمی و داده‌های مورد استناد در این نوشتار، برگرفته از پژوهش‌های اصیل و منتشر شده توسط تیم تحقیقاتی بین‌المللی به راهبری جناب پروفسور نیکو مادهوسودهان از دانشگاه کمبریج می‌باشد، که نتایج آن به طور رسمی در نشریه علمی معتبر “The Astrophysical Journal Letters” (شماره منتشر شده در سپتامبر ۲۰۲۳) به جامعه علمی ارائه گردیده است.