Kể từ khi Kính thiên văn vũ trụ Kepler được phóng lên vũ trụ, số lượng các hành tinh được biết đến ngoài Hệ Mặt trời (ngoại hành tinh) của chúng ta đã tăng theo cấp số nhân. Hiện tại, 3.917 hành tinh đã được xác nhận trong 2.918 hệ sao, trong khi 3.368 đang chờ xác nhận. Trong số đó, khoảng 50 quỹ đạo trong khu vực có thể ở được trong ngôi sao của họ (hay còn gọi là. Gold Goldocks Khu vực), khoảng cách mà nước lỏng có thể tồn tại trên bề mặt hành tinh.
Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã đưa ra khả năng chúng ta coi là một khu vực có thể ở được là quá lạc quan. Theo một nghiên cứu mới xuất hiện gần đây trên mạng, có tiêu đề Khu vực sinh sống có giới hạn của A A cho cuộc sống phức tạp, khu vực có thể ở được có thể hẹp hơn nhiều so với suy nghĩ ban đầu. Những phát hiện này có thể có tác động mạnh mẽ đến số lượng các hành tinh mà các nhà khoa học cho là có khả năng sống được.
Nghiên cứu được dẫn dắt bởi Edward W. Schwieterman, Nghiên cứu sinh chương trình sau tiến sĩ của NASA tại Đại học California, Riverside, và bao gồm các nhà nghiên cứu từ Nhóm Trái đất thay thế (một phần của Viện Khoa học sinh học NASA), Nexus cho Khoa học hệ thống Exoplanet (NExSS), và Viện nghiên cứu vũ trụ Goddard của NASA.
Theo ước tính trước đó dựa trên Kepler dữ liệu, các nhà khoa học kết luận rằng có khả năng có 40 tỷ hành tinh giống Trái đất trong thiên hà Milky Way, 11 tỷ trong số đó có khả năng quay quanh như các ngôi sao Mặt trời của chúng ta (tức là sao lùn màu vàng loại G). Một nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng con số này có thể lên tới 60 tỷ hoặc thậm chí 100 tỷ, tùy thuộc vào các tham số chúng tôi sử dụng để xác định các vùng có thể ở được.
Những kết quả này chắc chắn rất đáng khích lệ, vì họ cho rằng Dải Ngân hà có thể tràn đầy sức sống. Thật không may, nghiên cứu gần đây hơn về các hành tinh ngoài mặt trời đã nghi ngờ về những ước tính trước đó. Điều này đặc biệt là trường hợp các hành tinh bị khóa chặt mà quay quanh các ngôi sao loại M (sao lùn đỏ) có liên quan.
Ngoài ra, nghiên cứu về cách sự sống phát triển trên Trái đất đã chỉ ra rằng một mình nước không đảm bảo sự sống - cũng như đối với vấn đề đó, không có sự hiện diện của khí oxy. Hơn nữa, Schwieterman và các đồng nghiệp của ông đã xem xét hai loại sinh học chính khác rất cần thiết cho cuộc sống như chúng ta biết - carbon dioxide và carbon monoxide.
Quá nhiều các hợp chất này sẽ gây độc cho cuộc sống phức tạp, trong khi quá ít sẽ có nghĩa là các prokaryote sớm sẽ không xuất hiện. Nếu sự sống trên Trái đất là bất kỳ dấu hiệu nào, các dạng sống cơ bản là rất cần thiết nếu các dạng sống phức tạp hơn, tiêu thụ oxy sẽ phát triển. Vì lý do này, Schwieterman và các đồng nghiệp đã tìm cách sửa đổi định nghĩa về vùng có thể ở được để tính đến điều này.
Để công bằng, tính toán phạm vi của một khu vực có thể ở được là không bao giờ dễ dàng. Ngoài khoảng cách với ngôi sao của họ, nhiệt độ bề mặt của một hành tinh phụ thuộc vào các cơ chế phản hồi khác nhau trong khí quyển - chẳng hạn như Hiệu ứng nhà kính. Trên hết, định nghĩa thông thường về một khu vực có thể ở được là giả định sự tồn tại của các điều kiện giống như Trái đất.
Điều này ngụ ý một bầu không khí giàu nitơ, oxy, carbon dioxide và nước, và được ổn định bởi cùng một quá trình chu trình địa hóa carbonate-silicat tồn tại trên Trái đất. Trong quá trình này, sự lắng đọng và phong hóa làm cho đá silicat trở thành carbon trong khi hoạt động địa chất làm cho đá carbon trở nên dựa trên silicat một lần nữa.
Điều này dẫn đến một vòng phản hồi đảm bảo rằng lượng carbon dioxide trong khí quyển vẫn tương đối ổn định, do đó cho phép tăng nhiệt độ bề mặt (hay còn gọi là Hiệu ứng nhà kính). Hành tinh càng gần rìa bên trong của khu vực có thể ở được, thì càng ít carbon dioxide để điều này xảy ra. Như Schwieterman đã giải thích trong một bài báo gần đây của MIT Technology Review:
Tuy nhiên, đối với khu vực giữa và bên ngoài của khu vực có thể ở được, nồng độ carbon dioxide trong khí quyển cần phải cao hơn nhiều để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho nước lỏng trên bề mặt.
Để minh họa, nhóm nghiên cứu đã sử dụng Kepler-62f làm ví dụ, một siêu Trái đất quay quanh một ngôi sao loại K (nhỏ hơn một chút và mờ hơn Mặt trời của chúng ta) nằm cách Trái đất khoảng 990 năm ánh sáng. Hành tinh này quay quanh ngôi sao của nó ở cùng khoảng cách với Sao Kim, nhưng Mặt trời có khối lượng thấp hơn có nghĩa là nó nằm ở rìa ngoài của vùng có thể ở được.
Khi được phát hiện vào năm 2013, hành tinh này được cho là một ứng cử viên sáng giá cho sự sống ngoài trái đất, giả sử có sự hiện diện của Hiệu ứng Nhà kính đầy đủ. Tuy nhiên, Schwieterman và các đồng nghiệp đã tính toán rằng nó sẽ tốn gấp 1000 lần carbon dioxide (300 đến 500 kilopascal) so với những gì tồn tại trên Trái đất khi các dạng sống phức tạp lần đầu tiên phát triển (khoảng 1,85 tỷ năm trước).
Tuy nhiên, lượng carbon dioxide này sẽ gây độc cho hầu hết các dạng sống phức tạp ở đây trên Trái đất. Do đó, Kepler-62f sẽ không phải là ứng cử viên phù hợp cho cuộc sống ngay cả khi nó đủ ấm để có nước lỏng. Một khi họ nhận thấy những hạn chế về sinh lý này, Schwieterman và nhóm của ông đã kết luận rằng vùng có thể ở được cho cuộc sống phức tạp phải hẹp hơn đáng kể - một phần tư so với ước tính trước đây.
Schwieterman và các đồng nghiệp của ông cũng tính toán rằng một số ngoại hành tinh có khả năng có hàm lượng carbon monoxide cao hơn vì chúng quay quanh các ngôi sao mát mẻ. Điều này đặt ra một hạn chế đáng kể đối với các khu vực sao lùn đỏ có thể ở được, chiếm tới 75% số sao trong Vũ trụ - và được cho là nơi có nhiều khả năng nhất để tìm thấy các hành tinh trên mặt đất (tức là đá) trong tự nhiên.
Những phát hiện này có thể có ý nghĩa quyết định đối với những gì các nhà khoa học coi là có khả năng sinh sống, không đề cập đến ranh giới của một khu vực có thể ở sao Star. Như Schwieterman đã giải thích:
Hàm ý của One One là chúng ta có thể không mong đợi tìm thấy dấu hiệu của sự sống thông minh hoặc kỹ thuật trên các hành tinh quay quanh các sao lùn M muộn hoặc trên các hành tinh có thể ở được gần rìa ngoài của khu vực có thể ở được của họ.
Để làm phức tạp vấn đề hơn nữa, nghiên cứu này là một trong nhiều vấn đề đặt ra những hạn chế bổ sung đối với những gì có thể được coi là hành tinh có thể ở được muộn. Chỉ riêng năm 2019, nghiên cứu đã được thực hiện cho thấy các hệ sao lùn đỏ có thể không có nguyên liệu thô cần thiết cho sự sống hình thành như thế nào và các sao lùn đỏ có thể không cung cấp đủ photon cho quá trình quang hợp xảy ra.
Tất cả những điều này làm tăng thêm khả năng khác biệt rằng sự sống trong thiên hà của chúng ta có thể hiếm hơn so với suy nghĩ trước đây. Nhưng tất nhiên, biết chắc chắn những giới hạn của môi trường sống sẽ đòi hỏi nhiều nghiên cứu hơn. May mắn thay, chúng tôi đã giành chiến thắng để phải chờ đợi quá lâu để tìm hiểu, vì một số kính thiên văn thế hệ tiếp theo sẽ đi vào hoạt động trong thập kỷ tới.
Chúng bao gồm Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST), Kính thiên văn cực lớn (ELT) và Kính thiên văn Magellan khổng lồ (GMT). Những thiết bị này và các công cụ tiên tiến khác dự kiến sẽ cho phép nghiên cứu chi tiết hơn và đặc tính của các ngoại hành tinh. Và khi họ làm, chúng tôi sẽ có một ý tưởng tốt hơn về khả năng cuộc sống ngoài kia.
