Sejak Teleskop Luar Angkasa Kepler diluncurkan ke luar angkasa, jumlah planet yang diketahui di luar Tata Surya kita (exoplanet) telah tumbuh secara eksponensial. Saat ini, 3.917 planet telah dikonfirmasi dalam sistem bintang 2.918, sementara 3.368 menunggu konfirmasi. Dari jumlah tersebut, sekitar 50 orbit di dalam zona layak huni bintang bintang mereka (alias "Goldilocks Zone"), jarak di mana air cair dapat ada di permukaan planet.
Namun, penelitian terbaru telah meningkatkan kemungkinan bahwa kami menganggap zona layak huni terlalu optimis. Menurut sebuah studi baru yang baru-baru ini muncul online, berjudul "Zona Terbatas yang Dapat Dihuni untuk Kehidupan yang Kompleks", zona layak huni bisa jauh lebih sempit daripada yang diperkirakan semula. Temuan ini dapat memiliki dampak drastis pada jumlah planet yang para ilmuwan anggap “berpotensi dihuni”.
Penelitian ini dipimpin oleh Edward W. Schwieterman, seorang Fellow Program Pascadoktoral NASA di University of California, Riverside, dan termasuk peneliti dari Tim Alternatif Bumi (bagian dari Institut Astrobiologi NASA), Nexus for Exoplanet System Science (NExSS), dan NASA Goddard Institute for Space Studies.
Menurut estimasi sebelumnya berdasarkan Kepler data, para ilmuwan menyimpulkan bahwa kemungkinan ada 40 miliar planet mirip Bumi di Galaksi Bima Sakti saja, 11 miliar di antaranya cenderung mengorbit seperti bintang Matahari kita (mis. G-type white dwarfs). Penelitian lain menunjukkan bahwa angka ini bisa mencapai 60 miliar atau bahkan 100 miliar, tergantung pada parameter yang kita gunakan untuk mendefinisikan zona layak huni.
Hasil ini tentu menggembirakan, karena mereka menunjukkan bahwa Bima Sakti bisa penuh dengan kehidupan. Sayangnya, penelitian terbaru tentang planet ekstra-surya telah meragukan estimasi sebelumnya. Ini khususnya kasus di mana planet-planet yang terkunci tidally yang mengorbit bintang tipe-M (katai merah) diperhatikan.
Selain itu, penelitian tentang bagaimana kehidupan berevolusi di Bumi telah menunjukkan bahwa air saja tidak menjamin kehidupan - juga tidak ada gas oksigen. Lebih jauh dari ini, Schwieterman dan rekan-rekannya mempertimbangkan dua biosignatures utama lainnya yang penting bagi kehidupan seperti yang kita kenal - karbon dioksida dan karbon monoksida.
Terlalu banyak senyawa ini akan menjadi racun bagi kehidupan yang kompleks, sedangkan terlalu sedikit akan berarti bahwa prokariota awal tidak akan muncul. Jika ada kehidupan di Bumi yang merupakan indikasi, bentuk kehidupan dasar sangat penting jika bentuk kehidupan yang lebih kompleks dan mengkonsumsi oksigen ingin berkembang. Karena alasan ini, Schwieterman dan rekan-rekannya berusaha merevisi definisi zona layak huni untuk memperhitungkan hal ini.
Agar adil, menghitung luas zona layak huni tidak pernah mudah. Selain jarak mereka dari bintang mereka, suhu permukaan sebuah planet tergantung pada berbagai mekanisme umpan balik di atmosfer - seperti Efek Rumah Kaca. Selain itu, definisi konvensional zona layak huni mengasumsikan adanya kondisi “mirip Bumi”.
Ini menyiratkan atmosfer yang kaya akan nitrogen, oksigen, karbon dioksida, dan air, dan distabilkan oleh proses siklus geokimia silikat karbonat-silikat yang sama yang ada di Bumi. Dalam proses ini, sedimentasi dan pelapukan menyebabkan batuan silikat menjadi karbon, sementara aktivitas geologis menyebabkan batuan karbon menjadi berbasis silikat lagi.
Ini mengarah pada loop umpan balik yang memastikan bahwa kadar karbon dioksida di atmosfer tetap relatif stabil, sehingga memungkinkan peningkatan suhu permukaan (alias. Efek Rumah Kaca). Semakin dekat planet ini ke tepi bagian dalam zona layak huni, semakin sedikit karbon dioksida yang dibutuhkan agar hal ini terjadi. Seperti yang dijelaskan Schwieterman dalam sebuah artikel terbaru oleh MIT Technology Review:
"Tetapi untuk wilayah tengah dan luar zona layak huni, konsentrasi karbon dioksida atmosfer harus jauh lebih tinggi untuk mempertahankan suhu yang kondusif untuk air cair permukaan."
Sebagai ilustrasi, tim menggunakan Kepler-62f sebagai contoh, super-Bumi yang mengorbit bintang tipe-K (sedikit lebih kecil dan lebih redup daripada Matahari kita) yang terletak sekitar 990 tahun cahaya dari Bumi. Planet ini mengorbit bintangnya pada jarak yang sama dengan Venus terhadap Matahari, tetapi massa bintang yang lebih rendah berarti bahwa ia berada di tepi luar zona layak huni.
Ketika ditemukan pada tahun 2013, planet ini dianggap sebagai kandidat yang baik untuk kehidupan di luar bumi, dengan asumsi kehadiran Efek Rumah Kaca yang cukup. Namun, Schwieterman dan rekan-rekannya menghitung bahwa akan dibutuhkan 1.000 kali lebih banyak karbon dioksida (300 hingga 500 kilopascal) daripada yang ada di Bumi ketika bentuk kehidupan kompleks pertama kali berkembang (sekitar 1,85 miliar tahun yang lalu).
Namun, jumlah karbon dioksida ini akan menjadi racun bagi sebagian besar makhluk hidup yang kompleks di Bumi. Akibatnya, Kepler-62f tidak akan menjadi kandidat yang cocok untuk kehidupan bahkan jika itu cukup hangat untuk memiliki air cair. Begitu mereka memperhitungkan faktor-faktor fisiologis ini, Schwieterman dan timnya menyimpulkan bahwa zona layak huni untuk kehidupan yang kompleks harus jauh lebih sempit - seperempat dari yang diperkirakan sebelumnya.
Schwieterman dan rekan-rekannya juga menghitung bahwa beberapa exoplanet cenderung memiliki tingkat karbon monoksida yang lebih tinggi karena mereka mengorbit bintang-bintang dingin. Ini menempatkan kendala signifikan pada zona layak huni bintang katai merah, yang merupakan 75% bintang di Semesta - dan yang dianggap sebagai tempat yang paling mungkin untuk menemukan planet yang bersifat terestrial (yaitu berbatu) di alam.
Temuan ini dapat memiliki implikasi drastis untuk apa yang para ilmuwan anggap sebagai "berpotensi dihuni", belum lagi batas-batas zona layak huni bintang. Seperti yang dijelaskan Schwieterman:
"Salah satu implikasinya adalah bahwa kita mungkin tidak berharap menemukan tanda-tanda kehidupan cerdas atau tanda-tanda teknologi di planet-planet yang mengorbit terlambat kurcaci M atau di planet-planet yang berpotensi dihuni di dekat tepi luar zona layak huni mereka."
Untuk memperumit masalah lebih lanjut, penelitian ini adalah salah satu dari beberapa untuk menempatkan kendala tambahan pada apa yang bisa dianggap planet layak huni akhir-akhir ini. Pada tahun 2019 saja, penelitian telah dilakukan yang menunjukkan bagaimana sistem bintang katai merah mungkin tidak memiliki bahan baku yang diperlukan untuk kehidupan, dan bahwa bintang katai merah mungkin tidak menyediakan cukup foton untuk terjadinya fotosintesis.
Semua ini menambah kemungkinan berbeda bahwa kehidupan di galaksi kita mungkin lebih jarang daripada yang diperkirakan sebelumnya. Tapi tentu saja, mengetahui dengan pasti apa batas-batas kelayakhunian akan membutuhkan lebih banyak studi. Untungnya, kita tidak perlu menunggu terlalu lama untuk mengetahuinya, karena beberapa teleskop generasi mendatang akan mulai beroperasi pada dekade mendatang.
Ini termasuk James Webb Space Telescope (JWST), yang Teleskop Sangat Besar (ELT) dan Teleskop Magellan Raksasa (WAKTU GREENWICH). Instrumen-instrumen ini dan instrumen mutakhir lainnya diharapkan untuk memungkinkan studi dan karakterisasi exoplanet yang lebih rinci. Dan ketika mereka melakukannya, kita akan memiliki gagasan yang lebih baik tentang seberapa besar kemungkinan kehidupan di luar sana.
