James Webb Uzay Teleskobu‘nun (JWST) 2023 sonlarında yayımlanan gözlem verileri, 120 ışık yılı uzaktaki K2-18b ötegezegeninin⁽¹⁾ atmosferinde metan ve karbondioksitin yanı sıra dimetil sülfür (DMS) izlerine rastlandığını gösterdi. Bu saptama astrobiyoloji bilimi çevrelerinde büyük heyecan yarattı; çünkü bu bileşiğin gezegenimizdeki en büyük kaynağı, okyanuslardaki canlı (biyotik) yaşam.

Dünya’nın yaklaşık 8,6 katı bir kütleye sahip olan K2-18b, “Hycean" (Hidrojen + Okyanus) tipi bir gezegen olarak nitelendiriliyor; yani hidrojen yönünden zengin ve sıvı halde bir okyanusla kaplı bir gök cismi K2-18b. Kırmızı cüce yıldızına⁽²⁾ uzaklığı 22 milyon km, yani 0,15 AU⁽³⁾ kadar. Bu da onun yıldız çevresindeki dönüşünü 33 günde tamamladığı anlamına geliyor. K2-18b’nin yıldızına bu kadar yakın olup da kavrulmamasının nedeni yıldızın Güneş’e oranla çok daha az enerji yayması, yani “soğuk” olması. Bu da K2-18b’yi “yaşanabilir bölgede” (Goldilocks) konumlandırıyor.

Dünya atmosferi, büyük oranda ağır azot ve oksijen gazlarından oluştuğu için kütleçekimi tarafından yüzeye yakın tutulur. K2-18b atmosferinin ise büyük ölçüde hidrojenden ve helyumdan oluştuğunu biliyoruz. Bu ikisinin evrendeki en hafif elementler olmaları, gezegenin kütleçekiminden daha az etkilenmelerine yol açar; bu yüzden K2-18b’nin atmosferi Dünya’dakinden çok daha kalın ama seyrek bir yapıdadır.

Bu iki gaz dışında, gezegenin atmosferinde yüksek oranlarda metan ve karbondioksite, buna karşın çok az miktarda amonyak gazına rastlanması, K2-18b yüzeyinin bir okyanusla kaplı olabileceğini akla getiriyor; güneş sistemimizdeki Jüpiter ve Satürn gibi gaz devlerinin atmosferinde bu üç gaz da birlikte yüksek oranlarda bulunur. K2-18b’de amonyağın eser miktarda bulunması, gazın bir okyanusta çözünmesiyle açıklanabiliyor yalnızca.

ABYSS

Yapılan modellemelere göre, K2-18b kayalık/metal bir taşküreye (litosfer) sahip ve derinliği 100-600 kilometreye ulaşan, sudan oluşmuş (H₂O) bir okyanusla kaplı.

Bu temel bilgileri aktardıktan sonra, heyecan yaratan asıl konuya, DMS’in varlığına dönelim. Dünya atmosferindeki DMS’in büyük bölümü, okyanuslardaki biyolojik süreçlerle, fitoplanktonların⁽⁴⁾ ozmotik basıncı⁽⁵⁾ dengelemek için ürettikleri DMSP’in (dimetilsülfoniopropiyonat) parçalanmasıyla açığa çıkar (bu yüzden DMS “deniz kokusu” olarak bilinir). Bunlar dışında topraktaki ve deniz tabanındaki bazı bakterilerin sülfürlü bileşikleri parçalayarak DMS ürettiğini biliyoruz. K2-18b’deki DMS’in bu kadar önemli görülmesinin nedeni, orada da ana DMS kaynağının okyanuslardaki biyolojik yaşam olma olasılığı.

Yine de sevinmek için biraz erken, çünkü DMS’in tek kaynağı, canlı yaşam değil. Dünya’da volkanlar veya yüksek sıcaklıktaki hidrotermal bacalardan, atmosfere/denize DMS salınabildiği saptanmıştır. Bunun dışında atmosfere giren radyoaktif parçacıkların yol açtığı tepkimeler sonucunda eser miktarda DMS oluşabildiği de kanıtlandı. Ama tüm bunlar Dünya'daki DMS varlığının yalnızca küçük bir kısmını açıklayabilecek kaynaklar. Bununla birlikte, K2-18b'nin çekirdeği yoğun kükürt ve karbon içeriyorsa, okyanus tabanındaki volkanik aktivitenin Dünya'da olduğundan çok daha fazla DMS üretmesi mümkün olabilir. Ayrıca DMS’in çabuk bozunan (Dünya’da 1-2 gün) bir bileşik olması, K2-18b’de sürekli DMS üreten doğal bir kaynak olması gerektiğini gösteriyor. Ölçülen oranlara baktığımızda , bunun biyolojik yaşamdan kaynaklanma olasılığı yok değil.

Öte yandan K2-18b’nin atmosfer ve okyanuslarındaki temel element ve bileşiklerin çeşitliliği, yaşamın ortaya çıkabilmesi için yeterli değil; ama okyanus tabanındaki aktif volkanlar ve hidrotermal bacalar aracılığıyla taşküreden suya taşınan farklı kimyasal bileşiklerin olması durumunda yaşam için elverişli bir ortam oluşabileceğini düşünüyor astrobiyologlar. Fakat bunun önünde büyük, daha doğrusu kalın bir engel var.

EGZOTİK BUZ

K2-18b’deki okyanusun 100-600 km arasında derinliklere ulaştığını söylemiştik. Bu, suyun okyanus tabanındaki milyonlarca atmosferlik basıncın etkisiyle egzotik bir buza dönüşmesine yol açmış olmalı. Suyun çok yüksek basınçlar altında yüzlerce derece sıcaklığa rağmen katılaştığını ve bir tür buza dönüştüğünü biliyoruz; kristal bir yapıya sahip “Buz VII” ve bir akışkan gibi davranan “Buz X” fazları buna birer örnek.

Bu durumda K2-18b okyanusları altında 1.000-2.000 km kalınlığında bir buz tabakasının bulunduğu ortaya çıkıyor. Yani, taşküredeki element ve bileşiklerin okyanusa karışabilmeleri için, önlerinde okyanus derinliğinden 3 ile 20 kat daha kalın bir buz engeli olduğu anlamına geliyor.

Daha önceki “Topraktan Geldik” yazısında söz ettiğim gibi, insan bedenindeki elementlerin büyük çoğunluğu yerküreden geliyor. K2-18b’nin taşküresinden okyanuslarına element/bileşik akışı olmadan bir yaşam formunun ortaya çıkması olanaksız. Peki gezegenin taşküresi 2.000 km’ye ulaşabilen bir buz tabakası ile kaplıysa bu nasıl mümkün olabilir?

Bu kadar yüksek basınçlarda buzun yapısını ve nasıl davrandığını yalnızca tahmin edebilsek de, buz tabakasında kılcal damarların var olması, tabandaki volkan ve hidrotermal bacalardan salınan elementlerin bir şekilde yüzeye taşınmasına izin verebilir. Özellikle akışkan formda olan “Buz X” katmanında, Dünya’nın mantosunda gördüğümüz konveksiyon akımlarına benzer bir mekanizmayla çekirdekten yüzeye madde akışı mümkün olabilir.

SERBEST ENERJİ

K2-18b taşküresinden okyanuslara madde taşınmasını zorunlu kılan bir etken daha var: serbest enerji. Yalnızca uygun basınç ve sıcaklık koşulları ya da element bolluğu yaşamın ortaya çıkışı için yeterli değil; dışarıdan kesintisiz enerji akışı gereklidir bir de. Bizim gezegenimizde bu enerjinin en büyük kaynağı Güneş’tir; tüm besin zincirimiz bu enerjinin dönüştürülmesi üzerine kuruludur.

Diğer yandan K2-18b’nin cüce yıldızının yaydığı enerji Güneş’in %1-2’si kadardır; ayrıca yıldızın yaydığı ışık çoğunlukla tayfın morötesine kayar, yani görülebilir ışıktan daha yüksek enerjilidir. Ne şans ki K2-18b’nin kalın atmosferi bu yüksek enerjili parçacıkların okyanusa ulaşmasına izin vermez; morötesi ışınlar, atmosferdeki çarpışmalarla enerjilerini kaybederek sönümlenir. Aynı kalın atmosfer, güçlü bir sera etkisi de yaratarak, yıldızından çok az enerji almasına karşın, gezegenin yaşam için uygun sıcaklıklara sahip olmasını sağlar.

Peki bu durumda yaşam için gereken serbest enerji nereden sağlanacak? Yanıtı basit, belki de Dünya’daki yaşamın ilk ortaya çıktığı yerden, okyanus tabanındaki hidrotermal bacalardan.

Dünya’da güneş ışığı denizde, zayıflayarak da olsa, yaklaşık 200 metre derinliğe kadar ulaşabilir. Bu noktadan sonra enerji kaynağından yoksun kalan deniz bitkilerinin fotosentez yapması mümkün değildir. Bununla birlikte, deniz tabanındaki hidrotermal bacalar da birer enerji kaynağıdır ve belki de Dünya’daki yaşamın doğum yerleridir. Mantoya sızmış olan tuzlu su, bacalardan sıcak ve mineral yüklü olarak yeniden soğuk okyanus suyuna salınır. Bacalardan salınan ve sıcaklığı 400 dereceye kadar çıkabilen su, zengin hidrojen sülfür bileşikleri içerir. Ayrıntılarına girmeyeceğimiz şekilde, bu sıcak suyun soğuk suyla karıştığı bacalarda meydana gelen kimyasal tepkimeler sonucunda serbest enerji açığa çıkar. “Kemosentez” olarak adlandırılan ve binlerce metre derinlikteki karanlık deniz tabanında yeşerebilen bu canlılığın temeli bir yıldızdan gelen ışık/ısı değil, kimyasal tepkimeler sonucu serbest kalan enerjidir. Aynı tür enerji, K2-18b okyanuslarındaki yaşamın da kaynağı olmaya adaydır.

[K2-18b’nin farkına varmamızı James Webb Uzay Teleskobu’na borçluyuz. 2022’de Dünya’dan 1,5 milyon km uzaklıktaki yörüngesine oturan bu uzay teleskobunun öncekilerden çok daha güçlü olan alıcıları, kızılötesi (IR) ışığı da “görebilme” yeteneğine sahiptir. Bu sayede, yıldızının önünden geçen K2-18b’nin atmosferinden kırılarak ya da soğrularak teleskoba ulaşan ışık, gezegen atmosferinin kimyasal bileşimi konusunda eşsiz bilgiler sağlar.]

Tüm bunları yan yana koyduğumuzda, K2-18b’de yaşamın yeşermiş olması olasılığı çok da yüksek görünmeyebilir; bununla birlikte burası, DMS gibi büyük ölçüde yaşamla bağlantılı bir bileşiğe rastladığımız ilk gezegen.

[Öte yandan verilerin hala çok gürültülü olduğunu, gözlemlenen bileşiğin DMS değil ona benzeyen metan veya başka bir hidrokarbon bileşiği olabileceğini öne sürenler de var. Bunun netleşmesi ancak daha fazla gözlem ve çözümleme sonrasında mümkün olabilecek gibi görünüyor.]

Yaşamın evrimleşmesi, hele Dünya’daki gibi gelişmiş bir flora/fauna düzeyine ulaşması kolay değil; K2-18b’de yaşam varsa da bunlar büyük olasılıkla okyanusta yaşayan tek hücreli fitoplanktonlar olacak.

Bilim insanları arasında farklı görüşler olsa da, gezegenimizde yaşamın ilk izleri 4,1 milyar yıl öncesine kadar izlenebiliyor. Bu da yaşamın, gezegenin oluşmasından neredeyse 0,5 milyar yıl sonra gibi erken bir dönemde ortaya çıkmış olabileceğini gösteriyor.

Umarız K2-18b’de de aynı şey gerçekleşmiştir.

1. Güneş Sistemi dışındaki gezegenler.
2. Evrende en çok rastlanan yıldız türü; Güneş’ten daha küçük, daha soğuk ve solukturlar.
3. 1 AU=Dünya-Güneş arası uzaklık; yaklaşık 150 milyon km.
4. Fitoplanktonlar, denizlerde ve iç sularda asılı halde yaşayan, çoğu mikroskobik, tek hücreli bitkisel organizmalardır; yaklaşık 5.000 farklı türü vardır. İnorganik besinleri kullanarak ürettikleri organik madde hayvansal organizmaların besinini oluşturur.
5. Yarı geçirgen bir zarla ayrılmış çözeltiler (veya sıvılar) arasındaki, çözünen madde (veya molekül) miktarlarındaki farktan kaynaklanan basınçtır.