W jaki sposób elementy składowe życia dostały się na młodą Ziemię? Jedna z najpopularniejszych teorii mówi, że zostały one dostarczone na Ziemię w kometach. Naukowcy z Cambridge postanowili przyjrzeć się tej teorii nieco dokładniej, zastanawiając się przy tym, czy podobne procesy mogą zachodzić w innych układach planetarnych w galaktyce.
Cały trik polega na tym, że aby dostarczyć materię organiczną, komety muszą poruszać się stosunkowo wolno – z prędkością poniżej 15 kilometrów na sekundę. Przy wyższych prędkościach owe elementy składowe życia zawarte w kometach nie byłyby w stanie przetrwać lotu przez atmosferę. Zanim dotarłyby na powierzchnię planety, prędkość, temperatura i ciśnienie całkowicie by je unieszkodliwiły.
Najbardziej prawdopodobnym miejscem, w którym komety przemieszczają się z odpowiednimi prędkościami, są układy, w których planety krążą wokół gwiazdy względnie blisko siebie. W takim układzie kometa może odbić się od orbity jednej planety, i dolecieć do orbity drugiej z odpowiednio mniejszą prędkością.
Przy wystarczająco małej prędkości kometa rozbiłaby się o powierzchnię planety, dostarczając nienaruszone związki chemiczne, które potencjalnie mogłyby stać się prekursorami życia. Wyniki opublikowane w periodyku Proceedings of the Royal Society A wskazują, że takie układy byłyby obiecującymi miejscami do poszukiwania życia poza Układem Słonecznym, o ile oczywiście komety są kluczowym składnikiem powstawania życia na planetach skalistych.
Wiadomo, że komety zawierają szereg elementów tworzących życie, tzw. związków prebiotycznych. Na przykład próbki z asteroidy Ryugu przeanalizowane w 2022 roku wykazały, że zawiera ona nienaruszone aminokwasy i witaminę B3. Komety zawierają także duże ilości cyjanowodoru (HCN), kolejnego ważnego związku prebiotycznego. Silne wiązania węgiel-azot w HCN sprawiają, że jest on bardziej wytrzymały na wysokie temperatury, co oznacza, że może potencjalnie przetrwać wejście do atmosfery i dotrzeć do powierzchni planety w postaci nienaruszonej.
„Bezustannie dowiadujemy się więcej o atmosferach egzoplanet, dlatego chcieliśmy sprawdzić, czy istnieją planety, do których komety mogą również dostarczać złożone związki chemiczne” – powiedział pierwszy autor Richard Anslow z Instytutu Astronomii w Cambridge. „Możliwe, że związki chemiczne, które doprowadziły do powstania życia na Ziemi, pochodziły z komet, więc to samo może dotyczyć planet znajdujących się w innych częściach galaktyki”.
Naukowcy nie twierdzą, że komety są niezbędne do powstania życia na Ziemi lub jakiejkolwiek innej planecie. Nie zmienia to faktu, że w ramach programu badawczego chcieli nałożyć pewne ograniczenia na typy planet, na które komety mogą z powodzeniem dostarczać złożone cząsteczki, takie jak HCN.
Większość komet w naszym Układzie Słonecznym znajduje się poza orbitą Neptuna, w tak zwanym Pasie Kuipera. Kiedy komety lub inne obiekty z Pasa Kuipera (KBO) zderzają się ze sobą, mogą zostać wypchnięte przez grawitację Neptuna w stronę Słońca, ostatecznie zostają wciągnięte przez grawitację Jowisza. Niektóre z tych komet przedostają się przez Pas Planetoid i docierają do wewnętrznej części Układu Słonecznego.
Korzystając z różnych technik modelowania matematycznego, naukowcy ustalili, że komety mogą dostarczać związki prebiotyczne na powierzchnię planet, ale tylko w określonych scenariuszach. W przypadku planet krążących wokół gwiazdy podobnej do naszego Słońca planeta musi mieć małą masę i dobrze jest, gdy planeta znajduje się na bliskiej orbicie z innymi planetami w układzie.
Naukowcy odkryli, że pobliskie planety na bliskich orbitach są znacznie ważniejsze dla planet krążących wokół gwiazd o mniejszej masie, gdzie typowe prędkości są znacznie wyższe.
W takim układzie kometa mogłaby zostać przyciągnięta grawitacyjnie przez jedną planetę, a następnie przerzucona w kierunku drugiej. Gdyby takie „przejście komety” miało miejsce wystarczająco dużo razy, kometa zwolniłaby na tyle, aby niektóre cząsteczki prebiotyczne mogły przetrwać ostateczne wejście do atmosfery.
W tych ciasno upakowanych układach każda planeta ma szansę na interakcję z kometą i jej ostateczne przechwycenie. Możliwe, że ten mechanizm może odpowiadać za to, jak cząsteczki prebiotyczne trafiają na planety.
W przypadku planet krążących wokół gwiazd o mniejszej masie, takich jak karły typu M, dostarczanie złożonych cząsteczek przez komety byłoby trudniejsze, zwłaszcza jeśli planety są luźno upakowane. Skaliste planety w tych układach również podlegają znacznie większej liczbie uderzeń z dużą prędkością, co potencjalnie stwarza wyjątkowe wyzwania dla procesów powstawania życia na tych planetach.
Naukowcy twierdzą, że wyniki ich badań mogą być przydatne przy ustalaniu, gdzie szukać życia poza Układem Słonecznym.