Mezihvězdná kometa 3I/ATLAS, která přiletěla z jiné hvězdné soustavy, nese organické molekuly spojované se vznikem života. Teleskop SPHEREx tak poskytl další důkaz, že základní chemie života může být rozšířená napříč galaxií.
Od té doby, co jsme my lidé začali pozorovat oblohu výkonnými dalekohledy, jsme zjistili, že komety nejsou jen „koule prachu a ledu“, které se míhají po obloze. Jsou to časové kapsle: prastaré úlomky, které uchovávají prvotní materiál sluneční soustavy a v některých případech i hvězdných systémů mimo tu naši. Skrývají se v nich ledy, prachová zrnka a molekuly, které se od zrodu svých domovských soustav téměř nezměnily, a jsou tak přirozeným archivem vesmírné historie.
To platí zejména pro 3I/ATLAS, mezihvězdnou kometu, která byla poprvé detekována v roce 2023. „Mezihvězdná“ znamená, že se nezformovala kolem našeho Slunce, ale u jiné hvězdy, a že putovala vesmírem miliony (nebo dokonce miliardy) let, než ji na okamžik zachytila naše gravitace. Její trajektorie, rychlost a složení ji odlišují od komet vzniklých ve sluneční soustavě: pohybuje se po hyperbolické dráze, příliš rychlé a otevřené na to, aby byla vázána na Slunce, a její sklon k rovině planet prozrazuje původ zcela cizí našemu vesmírnému okolí.
3I/ATLAS je po záhadné 1I/ʻOumuamua (objevené v roce 2017) a kometě 2I/Borisov (2019) teprve třetím dosud identifikovaným takovým návštěvníkem. Na rozdíl od ʻOumuamua, o jejíž povaze se stále diskutuje, 3I/ATLAS jasně vykazuje klasickou kometární aktivitu: při přibližování ke Slunci se u ní vyvíjí koma a ohon. To z ní činí ideální cíl pro přímé studium suroviny jiného hvězdného systému.
Nyní poprvé mise NASA, vesmírný teleskop SPHEREx, pozorovala, že 3I/ATLAS vyvrhuje do vesmíru molekuly, které jsou na naší planetě úzce spjaty s chemií života. Toto pozorování otevírá okno k hlubokým otázkám: jsou tyto složky běžné i v jiných planetárních systémech, může „zárodek“ života cestovat od hvězdy ke hvězdě a je chemie, která předchází životu, lokálním jevem, nebo rozšířeným galaktickým procesem?
Mise SPHEREx (Spectrophotometer for the History of the Universe, Epoch of Reionisation and Ice Explorer) byla navržena tak, aby zkoumala složení nebeských objektů pomocí spektroskopie: rozkladu světla, které vyzařují, za účelem identifikace různých molekul. SPHEREx bude pozorovat celou oblohu ve 102 různých barvách v blízké infračervené oblasti spektra, která je obzvláště citlivá na stopy ledu a organických sloučenin. Ačkoli je jeho primární cíl kosmologický (studium rozpínání vesmíru a vzniku galaxií), jeho schopnost chemicky „očichávat“ vesmír z něj činí jedinečný nástroj pro astrochemii.
Když se SPHEREx zaměřil na kometu 3I/ATLAS, zjistil nárůst jasnosti a hlavně signály odpovídající přítomnosti jednoduchých organických molekul obohacených uhlíkem. Jak se to dělá v praxi? Každá molekula pohlcuje a vyzařuje světlo o velmi specifických vlnových délkách, podobně jako čárový kód. Analýzou tohoto vzorce ve světle komety mohou vědci odvodit, jaké typy sloučenin jsou přítomny, a to i na obrovské vzdálenosti.
Když mezihvězdná kometa, jako je 3I/ATLAS, prolétá v blízkosti Slunce, teplo způsobuje sublimaci jejího ledu (přímou přeměnu z pevného skupenství na plyn) a vytváří jasnou komu a dlouhý ohon, který se může táhnout miliony kilometrů. Právě v tomto ohonu vidí SPHEREx stopy organických molekul. Plyn a prach, které se z jádra uvolňují, fungují jako světelná clona, na níž se otiskují chemické stopy původního ledu, což umožňuje rekonstruovat „recept“ komety.
Podle prohlášení NASA byla mise schopna „sledovat měnící se jasnost komety při jejím přibližování ke Slunci a zkoumat molekuly uvolněné jejím ohonem“. Přítomnost těchto sloučenin, z nichž některé jsou prekurzory složitějších biologických molekul, je pozoruhodná, protože se neočekávalo, že by mezihvězdná kometa vykazovala tak bohatou chemickou stopu. Dosavadní modely předpokládaly, že mnozí z těchto návštěvníků mohli v mezihvězdném prostoru projít tak intenzivními procesy zvětrávání a záření, že by si jen stěží uchovali jemné molekuly.
Jaké molekuly však byly detekovány? Studie publikovaná v časopise The Astrophysical Journal Letters zatím neodhalila úplný seznam molekul, ale první pozorování ukazují na přítomnost sloučenin obsahujících uhlík a další prvky nezbytné pro chemii života na Zemi, jako je vodík a kyslík. Tyto molekuly tvoří základ složitějších organických molekul, jako jsou aminokyseliny („stavební kameny“ bílkovin) nebo některé prekurzory cukrů. Zjednodušeně řečeno: nebyl zjištěn žádný život, ale kousky chemické „stavebnice“, které by ve správném prostředí mohly vést ke vzniku biologických struktur.
V naší sluneční soustavě nás komety jako 67P/Churyumov-Gerasimenko (zkoumané misí Rosetta) již poučily, že tyto ledové koule mohou obsahovat složité organické sloučeniny. Rosetta identifikovala například glycin (nejjednodušší aminokyselinu), fosfor a řadu organických molekul včetně alkoholů, aldehydů a dusíkatých sloučenin. To vše naznačovalo, že komety mohly rané Zemi poskytnout některé složky nezbytné pro vznik života.
Překvapivé na projektu 3I/ATLAS je, že tyto signály pocházejí z objektu, který nevznikl v našem vesmírném sousedství. Je to poprvé, kdy jsme na této úrovni detailů viděli, že i jiný hvězdný systém vytváří chemické „koktejly“ bohaté na organické látky. To naznačuje, že procesy, při nichž tyto molekuly vznikají – reakce v ledových prachových zrnech, ozářených ultrafialovým světlem a kosmickým zářením v mezihvězdných mračnech a protoplanetárních discích – mohou být v Galaxii univerzální nebo přinejmenším velmi časté.
V astrobiologii se často hovoří o „prebiotických chemických látkách“: molekulách, které nejsou životem, ale za vhodných podmínek mohou vést ke vzniku života. Patří mezi ně jednoduché aminokyseliny, dusíkaté báze (složky DNA a RNA), cukry a fosfáty. Zjištění 3I/ATLAS naznačuje, že základní složky organické chemie a možná i prekurzory života mohou být běžné nejen v naší sluneční soustavě, ale i v jiných koutech galaxie.
Tento výsledek zapadá do dalších nedávných pozorování. Například radioteleskop ALMA odhalil v discích tvořících planety kolem mladých hvězd složité organické molekuly – jako metanol, formamid nebo dokonce možné prekurzory cukrů. A vesmírný teleskop Jamese Webba identifikoval v oblastech, kde se formují nové planetární systémy, led bohatý na uhlík, dusík a kyslík. Vše ukazuje stejným směrem: organická chemie není na Zemi vzácností, ale ve vesmíru rozšířeným jevem.
To nás přivádí k myšlence, která se ve vědě objevuje již několik desetiletí: panspermie. Podle této hypotézy mohlo „semínko“ života – nebo alespoň jeho chemické složky – putovat z jedné části vesmíru do druhé, přenášeno kometami, asteroidy nebo prachovými zrnky. Není nutné si představovat, že mezihvězdnou prázdnotu překonávají celé mikroby; stačí, aby se složité, relativně stabilní molekuly vytvořily v jedné hvězdné soustavě a pak byly vyvrženy do vesmíru, kde by se nakonec mohly začlenit do jiné vznikající soustavy.
Znamená to, že život na Zemi pochází z jiné hvězdné soustavy? Přímé důkazy pro to neexistují. Většina současných modelů naznačuje, že život zde mohl vzniknout jak z místních, tak z importovaných složek: molekul vzniklých v rané atmosféře, v oceánských hydrotermálních vývěrech a zároveň organických sloučenin, které dodaly komety a meteority. Případ 3I/ATLAS však ukazuje, že přinejmenším v principu mohly k obohacení „chemické polévky“ mladých světů přispět i jiné systémy.
Pro lepší pochopení významu tohoto zjištění je užitečné rozlišovat dvě úrovně otázek. První z nich zní: jsou organické molekuly ve vesmíru běžné? Vše nasvědčuje tomu, že ano. Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU), alkoholy, aldehydy a další sloučeniny byly zjištěny v mezihvězdných mračnech, kometách a protoplanetárních discích. Druhá, mnohem složitější otázka zní: jsou procesy, které přeměňují takovou chemii na život, běžné? Zde jsme stále z velké části v temnotě. 3I/ATLAS na tuto druhou otázku neodpovídá, ale posiluje myšlenku, že „výchozí materiál“ je k dispozici na mnoha místech.
Kromě toho 3I/ATLAS nabízí jedinečnou příležitost přímo porovnat chemii naší sluneční soustavy s chemií jiné. Pokud mezihvězdné komety vykazují složení velmi podobné složení našich komet, naznačuje to, že protoplanetární disky různých hvězd se řídí podobnými chemickými pravidly. Pokud naopak nalezneme výrazné rozdíly – například velmi odlišné poměry některých sloučenin – mohli bychom začít mapovat „chemické příchutě“ galaxie, které souvisejí s typem hvězdy, jejím prostředím nebo historií vzniku.
Úloha programu SPHEREx v této oblasti přesahuje rámec jedné komety. Mise bude pořizovat kompletní spektrální mapu oblohy každých šest měsíců po dobu přibližně dvou let. To znamená, že bude schopna sledovat vývoj komety 3I/ATLAS v čase, ale také detekovat další komety, jak ze sluneční soustavy, tak mezihvězdné, a porovnávat jejich chemické signatury. Každá nová detekce přidá další kousek do skládačky toho, jak jsou v Mléčné dráze rozloženy složky života.
Samozřejmě existují určitá omezení. Dálková spektroskopie nedokáže identifikovat všechny molekuly se stejnou přesností a některé signály se mohou zaměňovat nebo překrývat. Navíc intenzivní záření a srážky s částicemi v mezihvězdném prostoru mohou pozměnit povrch komet, takže to, co vidíme dnes, není dokonalým odrazem toho, jak vypadaly v době svého vzniku. Přesto je pouhá detekce organických molekul na objektu, který cestoval mezi hvězdami, silným důkazem, že prebiotická chemie není omezena na jediný systém.
Taková pozorování pomocí nových teleskopů nás přibližují k odpovědím na otázky, které se dříve zdály být nemožné zodpovědět. Jednou z nich je, zda jsou chemické procesy, které předcházely životu, stejné v celém vesmíru. Další, stejně fascinující, je, zda si planetární systémy pravidelně vyměňují materiál, jako by galaxie byla obří laboratoří, kde se sdílejí ingredience a chemické experimenty.
Možná, že za několik desetiletí, až budeme studovat desítky mezihvězdných komet a přímo analyzovat vzorky komet z naší vlastní soustavy, budeme schopni s větší jistotou říci, zda je život nepravděpodobnou výjimkou, nebo téměř nevyhnutelným důsledkem chemie vesmíru. Prozatím nám 3I/ATLAS a SPHEREx připomínají něco zásadního: hranice mezi „naší“ sluneční soustavou a zbytkem galaxie je mnohem propustnější, než jsme si mysleli. A přes tuto hranici tiše putují složky života.