اكتشافات جديدة تحير العلماء حول كوكب K2-18b

بدت علامة صغيرة تم الكشف عنها في أبريل وكأنها قد تغير الكون كما نعرفه.

اكتشافات جديدة حول الكوكب K2-18b

فقد اكتشف علماء الفلك مجرد تلميح، بصيص من جزيئين يدوران في الغلاف الجوي لكوكب بعيد يسمى K2-18b وهي جزيئات لا تنتجها على الأرض إلا الكائنات الحية. لقد كان احتمالًا محيرًا: أكثر الأدلة الواعدة حتى الآن على وجود علامة حيوية خارج كوكب الأرض، أو آثار حياة مرتبطة بالنشاط البيولوجي.

ولكن بعد أسابيع فقط، تشير النتائج الجديدة إلى أن البحث يجب أن يستمر.

قال الدكتور لويس ويلبانكس، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في كلية استكشاف الأرض والفضاء بجامعة ولاية أريزونا: "كان الأمر مثيراً، لكنه أثار على الفور العديد من العلامات الحمراء لأن الادعاء بوجود علامة حيوية محتملة سيكون تاريخياً، ولكن أيضاً أهمية أو قوة الأدلة الإحصائية بدت عالية جداً بالنسبة للبيانات".

النتائج المتضاربة حول العلامات الحيوية

في حين أن الجزيئات التي تم تحديدها على الكوكب K2-18b من خلال دراسة أبريل ثنائي ميثيل الكبريتيد، أو DMS، وثاني كبريتيد الميثيل، أو DMDS ترتبط إلى حد كبير بالكائنات الميكروبية على كوكبنا، يشير العلماء إلى أن المركبات يمكن أن تتشكل أيضًا دون وجود حياة. والآن، قام ثلاثة فرق من علماء الفلك غير المشاركين في البحث، بما في ذلك ويلبانكس، بتقييم النماذج والبيانات المستخدمة في اكتشاف العلامة الحيوية الأصلية وحصلوا على نتائج مختلفة جداً، وقد قدموها لمراجعة الأقران.

وفي الوقت نفسه، أجرى المؤلف الرئيسي لـ دراسة أبريل، نيكو مادهوسودان، وزملاؤه بحثاً إضافياً يقولون إنه يعزز اكتشافهم السابق حول الكوكب. ومن المحتمل أن تلوح في الأفق ملاحظات وأبحاث إضافية من مجموعات متعددة من العلماء.

تقدم الأوراق البحثية المتتالية التي تدور حول الكوكب K2-18b لمحة عن العملية العلمية التي تتكشف في الوقت الحقيقي. إنها نافذة على التعقيدات والفروق الدقيقة في كيفية بحث الباحثين عن أدلة على وجود حياة خارج الأرض وتوضح سبب ارتفاع عبء الإثبات وصعوبة الوصول إليه.

موقع الكوكب K2-18b وخصائصه

يقع الكوكب K2-18b على بعد 124 سنة ضوئية من الأرض، ويُعتبر بشكل عام هدفاً جديراً بالبحث عن علامات الحياة. ويُعتقد أنه عالم هايتشيان، وهو كوكب مغطى بالكامل بالماء السائل مع غلاف جوي غني بالهيدروجين، وفقاً لـ بحث سابق بقيادة مادهوسودان، أستاذ الفيزياء الفلكية وعلوم الكواكب الخارجية في معهد علم الفلك بجامعة كامبريدج. وعلى هذا النحو، جذب كوكب K2-18b الانتباه بسرعة باعتباره مكاناً محتملاً صالحاً للحياة خارج نظامنا الشمسي.

التقنيات المستخدمة في دراسة الكوكب

واقتناعاً منهم بأن الكوكب K2-18b واعد، استخدم مادهوسودان وزملاؤه في كامبريدج عمليات رصد الكوكب بواسطة أكبر تلسكوب فضائي قيد التشغيل، وهو تلسكوب جيمس ويب الفضائي، لإجراء المزيد من الدراسة للكوكب. لكن اثنين من العلماء في جامعة شيكاغو الدكتور رافائيل لوك، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك والفيزياء الفلكية بالجامعة، ومايكل زانغ، زميل ما بعد الدكتوراه في 51 بيجاسي ب/بوربيدج رصدوا بعض المشاكل فيما وجدوه.

بعد مراجعة ورقة مادهوسودان وفريقه البحثية التي صدرت في أبريل/نيسان، والتي تابعت بحثهم لعام 2023، لاحظ لوك وزانغ أن بيانات ويب تبدو "مشوشة"، كما قال لوك.

الضجيج، الناجم عن عيوب في التلسكوب ومعدل وصول جزيئات الضوء المختلفة إلى التلسكوب، هو مجرد تحدٍ واحد يواجهه علماء الفلك عندما يدرسون الكواكب الخارجية البعيدة. وقال تشانغ إن الضجيج يمكن أن يشوه الملاحظات ويدخل الشكوك في البيانات.

كما أن محاولة الكشف عن غازات معينة في الغلاف الجوي للكواكب الخارجية البعيدة يُدخل المزيد من عدم اليقين. وقال تشانغ إن السمات الأكثر وضوحًا من غاز مثل ثنائي ميثيل الكبريتيد تنبع من رابطة جزيئات الهيدروجين والكربون وهي رابطة يمكن أن تتمدد وتنحني وتمتص الضوء بأطوال موجية مختلفة، مما يجعل من الصعب الكشف بشكل قاطع عن نوع واحد من الجزيئات.

وقال تشانغ: "المشكلة في الأساس أن كل جزيء عضوي يحتوي على رابطة الكربون والهيدروجين". "هناك مئات الملايين من هذه الجزيئات، وبالتالي فإن هذه السمات ليست فريدة من نوعها. إذا كانت لديك بيانات مثالية، يمكنك على الأرجح التمييز بين الجزيئات المختلفة. ولكن إذا لم تكن لديك بيانات مثالية، فإن الكثير من الجزيئات، خاصة الجزيئات العضوية، تبدو متشابهة للغاية، خاصة في الأشعة تحت الحمراء القريبة."

التحديات في قياس درجات الحرارة

عند التعمق أكثر في البحث، لاحظ لوك وزانغ أيضًا أن درجة الحرارة المتصورة للكوكب يبدو أنها تزداد بشكل حاد من حوالي 250 كلفن إلى 300 كلفن (-9.67 درجة فهرنهايت إلى 80.33 درجة فهرنهايت أو -23.15 درجة مئوية إلى 26.85 درجة مئوية) في البحث الذي نشره مادهوسودان في عام 2023 إلى 422 كلفن (299.93 درجة فهرنهايت أو 148.85 درجة مئوية) في دراسة أبريل.

قال تشانغ إن درجات الحرارة القاسية هذه يمكن أن تغير الطريقة التي يفكر بها علماء الفلك حول إمكانية سكن الكوكب المحتمل، خاصة وأن درجات الحرارة الأكثر برودة تستمر في الجزء العلوي من الغلاف الجوي المنطقة التي يمكن لويب أن يكتشفها ومن المحتمل أن تكون درجات الحرارة أعلى من ذلك في السطح أو المحيط في الأسفل.

وقال لوك: "هذا مجرد استنتاج من الغلاف الجوي فقط، لكنه سيؤثر بالتأكيد على طريقة تفكيرنا في الكوكب بشكل عام".

وقال إن جزءًا من المشكلة هو أن تحليل أبريل لم يتضمن البيانات التي تم جمعها من جميع أدوات ويب الثلاثة التي استخدمها فريق مادهوسودان على مدى السنوات القليلة الماضية. لذلك أجرى لوك وزانغ وزملاؤهما دراسة تجمع بين جميع البيانات المتاحة لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تحقيق نفس النتائج، أو حتى العثور على كمية أكبر من ثنائي ميثيل الكبريتيد. ووجدوا "أدلة غير كافية" على وجود كلا الجزيئين في الغلاف الجوي للكوكب.

وبدلاً من ذلك، رصد فريق لوك وزانغ جزيئات أخرى، مثل الإيثان، التي يمكن أن تتطابق مع نفس المواصفات. لكن الإيثان لا يدل على الحياة.

تحليل البيانات والتحديات العلمية

وجد ويلبانكس من ولاية أريزونا وزملاؤه، بمن فيهم الدكتور مات نيكسون، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم علم الفلك في جامعة ميريلاند كوليدج بارك، ما يعتبرونه مشكلة أساسية في ورقة أبريل عن K2-18b.

وقال ويلبانكس إن المشكلة كانت تتعلق بكيفية قيام مادهوسودان وفريقه بإنشاء نماذج لإظهار الجزيئات التي قد تكون في الغلاف الجوي للكوكب.

قال ويلبانكس: "يتم اختبار كل (جزيء) واحدًا تلو الآخر مقابل نفس خط الأساس الأدنى، مما يعني أن كل نموذج على حدة له ميزة مصطنعة: إنه التفسير الوحيد المسموح به".

عندما أجرى ويلبانكس وفريقه تحليلهم الخاص، قاموا بتوسيع النموذج المأخوذ من دراسة مادهوسودان.

قال نيكسون: "(لم يسمح مادهوسودان وزملاؤه) بأي أنواع كيميائية أخرى يمكن أن تنتج هذه الإشارات أو الملاحظات الصغيرة". "لذلك كان الشيء الرئيسي الذي أردنا القيام به هو تقييم ما إذا كانت الأنواع الكيميائية الأخرى يمكن أن توفر ملاءمة كافية للبيانات."

قال ويلبانكس إنه عندما تم توسيع النموذج، فإن الدليل على DMS أو DMDS "يختفي فقط".

عبء الإثبات في اكتشاف العلامات الحيوية

يعتقد مادهوسودان أن الدراسات التي ظهرت بعد ورقته البحثية في أبريل/نيسان "مشجعة للغاية" و"تتيح إجراء مناقشة صحية حول تفسير بياناتنا عن K2-18b".

وقد راجع عمل لوك وزانغ ووافق على أن النتائج التي توصلا إليها لا تُظهر "اكتشافًا قويًا لـ DMS أو DMDS". عندما نشر فريق مادهوسودان الورقة البحثية في أبريل، قال إن الملاحظات وصلت إلى مستوى ثلاثة سيجما من الأهمية، أو احتمال 0.3% أن الاكتشافات حدثت بالصدفة.

أما بالنسبة للاكتشاف العلمي الذي من غير المرجح أن يكون قد حدث عن طريق الصدفة، فيجب أن تفي الملاحظات بعتبة خمسة سيغما، أو أقل من احتمال 0.00006% أن تكون الملاحظات قد حدثت بالصدفة. وقال ويلبانكس إن تحقيق مثل هذه العتبة يتطلب العديد من الخطوات، بما في ذلك الاكتشافات المتكررة لنفس الجزيء باستخدام تلسكوبات متعددة واستبعاد المصادر غير البيولوجية المحتملة.

وفي حين أنه يمكن العثور على مثل هذا الدليل في حياتنا، إلا أنه من غير المرجح أن يكون ذلك بمثابة لحظة يوريكا، بل يتطلب بناء بطيء يتطلب إجماعاً بين علماء الفلك والفيزيائيين وعلماء الأحياء والكيميائيين.

كتب مادهوسودان في رسالة بالبريد الإلكتروني: "لم نصل أبدًا إلى هذا المستوى من الأدلة في أي من دراساتنا". "لقد وجدنا فقط أدلة عند أو أقل من 3 سيجما في دراستينا السابقتين (مادهوسودان وآخرون 2023 و 2025). نشير إلى هذا على أنه دليل معتدل أو تلميحات ولكن ليس كشفًا قويًا. أنا أتفق مع ادعاء (لوك وزانغ) الذي يتوافق مع دراستنا وقد ناقشنا الحاجة إلى أدلة أقوى على نطاق واسع في دراستنا واتصالاتنا."

واستجابةً للبحث الذي أجراه فريق ويلبانكس، قام مادهوسودان وزملاؤه في كامبريدج بتأليف مخطوطة أخرى لتوسيع نطاق البحث عن K2-18b ليشمل 650 نوعًا من الجزيئات. وقد قدموا التحليل الجديد لمراجعة الأقران.

قال مادهوسودان: "هذا هو أكبر بحث عن التواقيع الكيميائية في كوكب خارج المجموعة الشمسية حتى الآن، باستخدام جميع البيانات المتاحة لكوكب K2-18b والبحث في 650 جزيء". "لقد وجدنا أن DMS لا يزال جزيء مرشح واعد في هذا الكوكب، على الرغم من أن هناك حاجة إلى مزيد من الملاحظات للكشف بشكل مؤكد كما لاحظنا في دراساتنا السابقة."

وقال ويلبانكس ونيكسون إن مادهوسودان وزملاؤه سعداء لأنهم عالجوا المخاوف التي أثيرت، لكنهم يشعرون أن الورقة البحثية الجديدة تتراجع فعليًا عن الادعاءات المركزية التي وردت في الدراسة الأصلية التي أجريت في أبريل.

قال ويلبانكس في رسالة بالبريد الإلكتروني: "تعترف الورقة البحثية الجديدة ضمنيًا بأن اكتشاف DMS/DMDS لم يكن قويًا، ومع ذلك لا تزال تعتمد على نفس الإطار الإحصائي المعيب والقراءة الانتقائية لنتائجها الخاصة". "في حين أن اللهجة أكثر حذرًا (في بعض الأحيان)، إلا أن المنهجية لا تزال تحجب المستوى الحقيقي لعدم اليقين. إن الأهمية الإحصائية المزعومة في العمل السابق كانت نتاج قرارات النمذجة التعسفية التي لم يتم الاعتراف بها."

قال لوك إن الورقة البحثية الجديدة لفريق كامبريدج هي خطوة في الاتجاه الصحيح لأنها تستكشف البصمات الحيوية الكيميائية المحتملة الأخرى.

قال لوك: "لكني أعتقد أنها لم ترقَ إلى المستوى المطلوب من حيث النطاق". "أعتقد أنها حصرت نفسها أكثر من اللازم في كونها دحضًا لورقة (ويلبانكس)."

ومع ذلك، يتفق علماء الفلك الذين يدرسون K2-18b بشكل منفصل، على أن المضي قدمًا في البحث عن الكوكب الخارجي يساهم في العملية العلمية.

قال ويلبانكس: "أعتقد أنه مجرد خطاب علمي جيد وصحي للحديث عما يجري مع هذا الكوكب". "بغض النظر عما تقوله أي مجموعة من المؤلفين في الوقت الحالي، ليس لدينا حل سحري. ولكن هذا بالضبط هو السبب في أن هذا الأمر مثير، لأننا نعلم أننا أقرب ما وصلنا إليه (لإيجاد علامة حيوية)، وأعتقد أننا قد نحصل عليها في حياتنا، ولكننا لم نصل إلى هناك في الوقت الحالي. وهذا ليس فشلاً. نحن نختبر أفكاراً جريئة."