Dalam beberapa tahun terakhir, jumlah planet ekstra-matahari yang ditemukan di sekitar tipe-M (bintang kerdil merah) telah tumbuh pesat. Dalam banyak kasus, planet-planet yang dikonfirmasi ini adalah "mirip Bumi", yang berarti bahwa mereka terestrial (alias berbatu) dan ukurannya sebanding dengan Bumi. Penemuan ini sangat menarik karena bintang katai merah adalah yang paling umum di alam semesta - terhitung 85% bintang di Bima Sakti saja.
Sayangnya, banyak penelitian telah dilakukan akhir-akhir ini yang menunjukkan bahwa planet-planet ini mungkin tidak memiliki kondisi yang diperlukan untuk mendukung kehidupan. Yang terbaru datang dari Universitas Harvard, di mana peneliti postdoctoral Manasvi Lingam dan Profesor Abraham Loeb menunjukkan bahwa planet-planet di sekitar bintang tipe-M mungkin tidak mendapatkan radiasi yang cukup dari bintang-bintang mereka untuk terjadinya fotosintesis.
Sederhananya, kehidupan di Bumi diperkirakan telah muncul antara 3,7 dan 4,1 miliar tahun yang lalu (selama akhir Hadean atau Archean Eon awal), pada saat atmosfer planet akan beracun bagi kehidupan hari ini. Antara 2,9 hingga 3 miliar tahun yang lalu, bakteri fotosintesis mulai muncul dan mulai memperkaya atmosfer dengan gas oksigen.
Akibatnya, Bumi mengalami apa yang dikenal sebagai "Peristiwa Oksidasi Besar" sekitar 2,3 miliar tahun yang lalu. Selama waktu ini, organisme fotosintetik secara bertahap mengubah atmosfer Bumi dari yang sebagian besar terdiri dari karbon dioksida dan metana menjadi satu yang terdiri dari gas nitrogen dan oksigen (masing-masing ~ 78% dan 21%).
Yang cukup menarik, bentuk-bentuk fotosintesis lainnya diyakini telah muncul bahkan lebih cepat daripada fotosintesis klorofil. Ini termasuk fotosintesis retina, yang muncul kira-kira. 2,5 hingga 3,7 miliar tahun yang lalu dan masih ada di lingkungan niche terbatas saat ini. Seperti namanya, proses ini bergantung pada retina (sejenis pigmen ungu) untuk menyerap energi matahari di bagian kuning-hijau dari spektrum yang terlihat (400 hingga 500 nm).
Ada juga fotosintesis anoksigenik (di mana karbon dioksida dan dua molekul air diproses untuk membuat formaldehida, air dan gas oksigen), yang diyakini mendahului fotosintesis oksigenik sepenuhnya. Bagaimana dan kapan berbagai jenis fotosintesis muncul adalah kunci untuk memahami kapan kehidupan di Bumi dimulai. Seperti yang dijelaskan profesor Loeb kepada Space Magazine melalui email:
“‘ Fotosintesis ’artinya‘ menyatukan ’(sintesis) dengan cahaya (foto). Ini adalah proses yang digunakan oleh tanaman, ganggang atau bakteri untuk mengubah sinar matahari menjadi energi kimia yang memicu kegiatan mereka. Energi kimia disimpan dalam molekul berbasis karbon, yang disintesis dari karbon dioksida dan air. Proses ini sering melepaskan oksigen sebagai produk sampingan, yang penting bagi keberadaan kita. Secara keseluruhan, fotosintesis memasok semua senyawa organik dan sebagian besar energi yang diperlukan untuk kehidupan seperti yang kita kenal di planet Bumi. Fotosintesis muncul relatif awal dalam sejarah evolusi Bumi. "
Studi seperti ini, yang meneliti peran yang dimainkan oleh fotosintesis, tidak hanya penting karena mereka membantu kita untuk memahami bagaimana kehidupan muncul di Bumi. Selain itu, mereka juga dapat membantu menginformasikan pemahaman kita tentang apakah kehidupan dapat muncul di planet ekstra-surya, dan dalam kondisi apa ini dapat terjadi.
Studi mereka, yang berjudul "Fotosintesis pada planet-planet yang dapat dihuni di sekitar bintang bermassa rendah", baru-baru ini muncul secara online dan diajukan ke Pemberitahuan Bulanan Royal Astronomical Society. Demi penelitian mereka, Lingam dan Loeb berusaha membatasi fluks foton bintang-bintang tipe-M untuk menentukan apakah fotosintesis dimungkinkan pada planet terestrial yang mengorbit bintang katai merah. Seperti yang dikatakan Loeb:
“Dalam makalah kami, kami menyelidiki apakah fotosintesis dapat terjadi di planet-planet di zona layak huni di sekitar bintang bermassa rendah. Zona ini didefinisikan sebagai kisaran jarak dari bintang di mana suhu permukaan planet memungkinkan adanya air cair dan kimia kehidupan seperti yang kita kenal. Untuk planet-planet di zona itu, kami menghitung fluks ultraviolet (UV) yang menerangi permukaannya sebagai fungsi massa bintang inangnya. Bintang bermassa rendah lebih dingin dan menghasilkan lebih sedikit foton UV per jumlah radiasi. ”
Konsisten dengan penemuan baru-baru ini yang melibatkan bintang katai merah, penelitian mereka berfokus pada "Bumi-analog", planet yang memiliki parameter fisik dasar yang sama dengan Bumi - yaitu jari-jari, massa, komposisi, suhu efektif, albedo, dll. Karena batas teoritis fotosintesis sekitar bintang lain tidak dipahami dengan baik, mereka juga bekerja dengan batas yang sama dengan yang ada di Bumi - antara 400 hingga 750 nm.
Dari sini, Lingam dan Loeb menghitung bahwa bintang tipe M bermassa rendah tidak akan dapat melebihi fluks UV minimum yang diperlukan untuk memastikan biosfer yang serupa dengan Bumi. Seperti yang digambarkan oleh Loeb:
"Ini menyiratkan bahwa planet layak huni yang ditemukan selama beberapa tahun terakhir di sekitar bintang kerdil di dekatnya, Proxima Centauri (bintang terdekat dengan Matahari, 4 tahun cahaya jauhnya, 0,12 massa matahari, dengan satu planet layak huni, Proxima b) dan TRAPPIST-1 ( 40 tahun cahaya jauhnya, 0,09 massa matahari, dengan tiga planet layak huni TRAPPIST-1e, f, g), mungkin tidak memiliki biosfer mirip Bumi. Lebih umum, studi spektroskopi dari komposisi atmosfer planet-planet yang transit bintang-bintang mereka (seperti TRAPPIST-1) tidak mungkin menemukan biomarker, seperti oksigen atau ozon, pada tingkat yang dapat dideteksi. Jika oksigen ditemukan, asalnya kemungkinan non-biologis. "
Tentu saja, ada batasan untuk analisis semacam ini. Seperti disebutkan sebelumnya, Lingam dan Loeb menunjukkan bahwa batas teoritis fotosintesis di sekitar bintang lain tidak diketahui. Sampai kita mempelajari lebih lanjut tentang kondisi planet dan lingkungan radiasi di sekitar bintang tipe-M, para ilmuwan akan dipaksa untuk menggunakan metrik berdasarkan planet kita sendiri.
Kedua, ada juga fakta bahwa bintang-bintang tipe-M adalah variabel dan tidak stabil dibandingkan dengan Matahari kita dan mengalami gejolak berkala. Mengutip penelitian lain, Lingam dan Loeb menunjukkan bahwa ini dapat memiliki efek positif dan negatif pada biosfer planet. Singkatnya, flare bintang dapat memberikan radiasi UV tambahan yang akan membantu memicu kimia prebiotik, tetapi juga dapat merusak atmosfer planet.
Namun demikian, kecuali studi yang lebih intensif dari planet ekstrasurya yang mengorbit bintang katai merah, para ilmuwan terpaksa mengandalkan penilaian teoritis tentang seberapa besar kemungkinan kehidupan di planet-planet ini. Adapun temuan yang disajikan dalam penelitian ini, mereka adalah indikasi lain bahwa sistem bintang katai merah mungkin bukan tempat yang paling mungkin untuk menemukan dunia yang layak huni.
Jika benar, temuan ini juga dapat memiliki implikasi drastis dalam Pencarian untuk Kecerdasan Ekstra-Terestrial (SETI). "Karena oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis adalah prasyarat untuk kehidupan yang kompleks seperti manusia di Bumi, maka juga diperlukan kecerdasan teknologi untuk berkembang," kata Loeb. "Pada gilirannya, kemunculan yang terakhir membuka kemungkinan menemukan kehidupan melalui tanda tangan teknologi seperti sinyal radio atau artefak raksasa."
Untuk saat ini, pencarian planet yang dapat dihuni dan kehidupan terus diinformasikan oleh model teoritis yang memberi tahu kita apa yang harus kita waspadai. Pada saat yang sama, model-model ini terus didasarkan pada "kehidupan seperti yang kita kenal" - yaitu menggunakan analog-Bumi dan spesies terestrial sebagai contoh. Untungnya, para astronom berharap untuk belajar lebih banyak lagi di tahun-tahun mendatang berkat pengembangan instrumen generasi mendatang.
Semakin banyak kita belajar tentang sistem planet ekstrasurya, semakin besar kemungkinan kita akan menentukan apakah mereka layak huni. Tetapi pada akhirnya, kita tidak akan tahu apa lagi yang harus kita cari sampai kita benar-benar menemukannya. Begitulah paradoks besar dalam Pencarian Kecerdasan Ekstra-Terestrial, belum lagi paradoks besar lainnya (lihat itu!).
