A Model of Habitability Within the Milky Way Galaxy
我们提出了一个模型的银河系宜居带(GHZ),描述在银河系的空间和时间维度,可能有利于复杂的生命的发展。银河系是使用蒙特卡罗方法在单个基础上填充恒星及其行星系的计算方法建模的。我们从银河系盘的既定属性开始,如恒星数密度分布,初始质量函数,恒星形成历史,以及金属丰度梯度作为径向位置和时间的函数。我们改变了其中的一些属性,创建了四个模型来测试我们假设的敏感性。为了评估银河系尺度上的可居住性,我们对超新星发生率、行星形成以及复杂生命进化所需的时间进行了建模。我们的研究提高了其他文献的GHZ人口的恒星在个人的基础上,并通过模拟SNII和SNIa消毒选择他们的祖先从这个预先存在的恒星星族。此外,我们认为可居住性潮汐锁定和非潮汐锁定的行星分别,并研究可居住性的高度以上和以下的银河系中平面的函数。在最准确地再现银河系性质的模型中,结果表明,单个SNIa的平均致命性比单个SNII高约5.6 \times。此外,我们预测,在银河系历史的某个时刻,所有恒星中约有1.2%的恒星拥有一颗可能能够支持复杂生命的行星。在那些拥有可居住行星的恒星中,大约75%的行星被预测与它们的主恒星处于潮汐锁定的配置。大多数可能支持复杂生命的行星都位于银河系内部,分布在银河系中平面的上方和下方。
2011-07-07 astro-ph.EP
The Astrobiological Copernican Weak and Strong Limits for Extraterrestrial Intelligent Life
我们提出了一个宇宙的角度来寻找生命,并利用最新的天体物理信息来研究我们银河系中可能存在的通信地外智能文明(CETI)的数量。我们的计算涉及银河系恒星形成的历史,金属丰度分布,和恒星托管类地行星在宜居带的可能性,在特定的假设下,我们描述为天体生物学哥白尼弱和强条件。这些假设是基于一种已知存在智慧、交流生命的情况--在我们自己的星球上。这种类型的生命是在富含金属的环境中发展起来的,大约需要5 Gyr。我们调查的可能数量的CETI基于不同的场景。一个极端是弱天体生物学哥白尼原理--一颗行星在5 Gyr之后的某个时候形成智能生命,但不会更早。另一个是强条件,生命必须在4.5到5.5 Gyr之间形成,就像在地球上一样。在强条件下(一组严格的假设),我们银河系中至少应该有36个$_{-32}^{+175}$文明:这是一个下限,基于一个通信文明的平均寿命-时间L是100年的假设(基于我们目前的情况)。如果它均匀地分布在整个银河系,这意味着最近的CETI最多距离我们17000 $_{-10000}^{+33600}$光年,而且很可能是一颗低质量的M矮星,在可预见的未来,我们远远无法探测到它。此外,这种生命的宿主恒星是太阳型恒星的可能性非常小,而且大多数都是M矮星,它们可能不够稳定,无法在长时间尺度上承载生命。我们进一步探索其他场景,并解释了基于我们假设的变化,我们银河系中可能存在的CETI数量。
2020-04-08 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
Multiverse Predictions for Habitability: Origin of Life Scenarios
如果生命的起源是罕见的,并且对它出现的地方的条件很敏感,那么,在多元宇宙框架内使用随机性原则,我们可能会发现自己处于一个比平常更好的宇宙中,创造这些必要的条件。我们使用这种推理来研究几种生命起源场景,以确定它们是否与多元宇宙兼容,包括益生元汤场景,热液喷口,从撞击中提供益生元物质和胚种论。我们发现,这些方案中的大多数诱导倾向于较弱的重力宇宙,并panspermia和涉及太阳辐射或大的影响,作为一个不平衡源的方案是不利的。此外,我们表明,几个假设的可居住性标准,这是不利的,当生命的起源是不考虑成为兼容的多元宇宙,以及出现的生命和出现的智能不能都是敏感的不平衡的生产条件。
2023-03-05 astro-ph.EP physics.bio-ph q-bio.PE
Origin of life's building blocks in Carbon and Nitrogen rich surface hydrothermal vents
生命起源的假设有两种主要的、截然不同的类别:一类是预测生命出现在海底热液系统中,那里的化学不平衡可以为新生生命提供能源;另一类是预测生命出现在陆上环境中,那里可能发生紫外线催化反应,形成生命的基本组成部分。在这里,我们描述了一个prebiotically合理的环境,借鉴了这两种情况下的优势:表面热液喷口。我们展示了如何在浅层和表层热液系统中大量生产生物前化学的关键原料分子。我们计算的化学火山气体喂养这些喷口的压力和玄武岩的C/N/O含量的范围内。如果超还原性富碳富氮气体与火山口地下水相互作用,则会在喷口水中产生1 mM至1 M浓度的丁二炔、乙炔、氰基乙炔、氰化氢、亚硫酸氢盐、硫化氢和可溶性铁。一个关键的原料分子,氨腈,在这种情况下,没有形成大量的,这表明它可能需要被输送外源性,或通过有机金属化合物,或通过一些未知的化学合成从氰化氢形成。考虑到在年轻、炎热的类地行星上可能普遍存在表面热液喷口,这些结果确定了一个前生物学上合理的局部地球化学环境,这也适合于未来的实验室模拟。
2019-01-24 astro-ph.EP
The Habitability of our Evolving Galaxy
银河系宜居带(GHZ)的概念,或银河系中优先维持维持复杂生命的条件的区域,最近由于探测到许多系外行星以及在理解地球和其他环境的宜居性方面取得的进展而受到关注。我们讨论了什么是一个宜居环境意味着在大的空间和时间尺度上,这必然需要一个近似的可居住性的定义,以评估可能维持复杂生命的天体物理条件。我们讨论了一些关键的系外行星的发现,直接关系到估计地球大小的行星在银河系中的分布。定义了广义的可居住性概念,描述了银河系的主要可观测性质,我们比较了GHZ上的选定文献,并假设为什么模型对当今最适合居住的区域产生了不同的预测,其中包括:(1)大部分银盘;(2)7-9 kpc之间的环形环;(3)银河系外围。我们简要地讨论了其他星系的可居住性,这些研究的影响。我们注意到,这些研究中考虑到的对银河系生物圈的危险可能是不完整的,我们讨论了伽马射线暴和其他对银河系生命的危险可能发挥的作用。我们推测随着时间的推移,包括地球形成之前,天体物理特性的变化可能会影响GHZ,并描述新的观测和其他相关研究如何适应银河系可居住性的更大图景。
2018-02-21 astro-ph.EP
Life in Elliptical Galaxies: Hot Spheroids, Fast Stars, Deadly Comets?
椭圆星系有动态热($σ_{1D}$ ~ 100 - 300 km s $^{-1}$)人口的恒星,大概,较小的物体,如彗星。由于星际小天体的移动速度要快得多,它们撞击行星的力度和频率都比本地银河系要大得多。我估计在椭圆星系中的地球大小的行星上的希克苏鲁伯尺度的影响率作为对智能生命的潜在可居住性约束。在一个正常的椭圆星系中的大多数恒星周围,这些行星只接受~0.01 - 0.1 Gyr $^{-1}$,尽管在某些紧凑的早期型星系和红块中危险的比率可能是常见的。大约5%的恒星质量位于速率>10 Gyr $^{-1}$的区域,大到足以主导质量灭绝速率。这表明,椭圆星系在其中心周围有一个半径为100秒差距的禁区,用于智能生命的进化。
2021-11-30 astro-ph.EP astro-ph.GA
Resolving the History of Life on Earth by Seeking Life As We Know It on Mars
火星上的地球生命起源将解决推断的生命历史和地球地质历史之间的重大不一致。我们所知的生命体利用氨基酸、核酸和脂质来完成细胞的代谢、信息和区室形成子系统。这些建筑模块可能是在行星表面的紫外线、干湿循环和火山活动中,由氰硫化物化学前体同时形成的。然而,早期地球是一个水世界,地球上氧气上升的时间与遗传密码对氧化应激的最终固定不一致。生命的氰硫起源可能是通过光氧化还原化学在火星上发生的,这得益于比早期地球多几个数量级的地下地壳,以及更早地过渡到氧化条件。陨石撞击可能产生了短暂的可居住环境,并将生命喷射和转移到地球。“火星2020”号火星车提供了一个前所未有的机会,可以证实或反驳火星上生命起源于氰硫的证据,寻找古代生命的证据,并限制火星氧化状态随时间的演变。我们应该试图证明或反驳地球生命起源于火星以及其他可能性。
2021-02-04 astro-ph.EP physics.pop-ph q-bio.BM
Testing Origin-of-Life Theories with the Habitable Worlds Observatory (HWO)
本文探讨如何利用HWO通过观测系外行星生命频率和分布来检验生命起源理论,指出需大样本量以提供有效限制。
2025-06-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
Origins of Life on Exoplanets
本文提出利用系外行星环境检验生命起源假说,以紫外线驱动的氰硫化物假说为例,展示检验方法已否定部分版本,并预测生命普遍性上限及生物特征分布。
2023-05-08 astro-ph.EP
Gamma Ray Bursts Effects on Extinction and Survivability in the Galaxy
Bar-Ilan University(巴伊兰大学)
本文研究伽马射线暴如何通过反复灭绝事件重置复杂生命的进化进程,指出其作为进化过滤器的作用主要集中在银河系中心区域,影响生物签名与技术签名的搜索。
2026-03-18 astro-ph.EP
Complex macroscale structures formed by the shock processing of amino acids and nucleobases -- Implications to the Origins of life
据信,生命的基石--氨基酸和核碱基是在太空中盛行的极端条件下从含有氢、碳、氧和氮的简单分子开始合成的。然而,当氨基酸和核碱基经历类似的过程时,它们的命运和作用在很大程度上仍然未被探索。在这里,我们报告,第一次,休克处理氨基酸和核碱基往往形成复杂的宏观结构。这一发现表明,生命的基石可能不仅在地球上聚合,而且在其他行星上聚合。我们的研究还提供了进一步的实验证据,在陨石中观察到的“线程”是由于组合的(生物)分子所产生的冲击引起的冲击。
2019-06-13 astro-ph.EP
Homochirality through Photon-Induced Melting of RNA/DNA: the Thermodynamic Dissipation Theory of the Origin of Life
生命分子的同手性一直是一个令人烦恼的问题,至今没有普遍接受的解决方案。由于手性核苷酸的外消旋混合物阻碍RNA和DNA的延伸和复制,因此理解同手性的起源对生命起源的研究具有重要意义。在这里,我们提出了一个新的解决方案的同手性问题的基础上最近提出的热力学耗散理论的起源生命。当太古代海洋表面温度接近RNA/DNA的变性温度时,RNA/DNA的不对称的右手-左手光子诱导的变性发生,同手性被认为是逐渐并入新兴生命的结果。这种差异变性的成功可能是由于下午晚些时候表面水温最高时的右旋圆偏振海底光,以及RNA/DNA小片段从220 nm延伸到260 nm的负圆二色谱带。一个数值模型表明这样的机制在采购100%的同手性的RNA或DNA从原来的外消旋溶液在不到500太古代假设的光子吸收阈值复制代表互补链之间的氢键能的功效。由于正结构互补性,NAD-核酸对L-氨基酸具有更大的亲和力,并且由于D-RNA/DNA+ L-氨基酸复合物在200 - 300 nm之间也具有负圆二色谱带,因此氨基酸的同手性也可以通过该理论来解释。
2010-10-06 astro-ph.EP physics.bio-ph
Saturn's Titan: A strict test for life's cosmic ubiquity
生命是宇宙中物理和化学过程的共同产物吗?在我们自己的太阳系内,即使是原始生命的成功搜寻,如果它的起源独立于地球上的生命,也会大大推进一个肯定的答案。对地球上生命的第二个独立起源的最严格的检验来自于对离地球最遥远的行星环境或最奇特的行星环境的考察,人们可以合理地想象一种生命形式可能存在于这些行星环境中。在本文中,我认为土星的卫星土卫六是最好的这样的目标在我们的太阳系。此外,泰坦可能是整个宇宙中丰富的行星环境的典型例子。
2009-11-14 astro-ph.EP
Recent Progress in Chirality Research Using Circularly Polarized Light
本文综述了近年来利用圆偏振光研究手征性,以及生命和行星系统的诞生和演化。陆生生物几乎完全由一种对映体,左旋氨基酸组成。这种特征被称为同手性,其起源仍然未知。手性同质化的途径将与早期地球生命的起源和发展以及太阳系的演化有关。在几颗陨石中检测到对映体过量,支持生命种子是从太空注入的可能性,考虑到早期地球危险环境中可能的破坏和外消旋化。圆偏振光可以使益生元分子在空间产生对映体过量。近年来,紫外圆偏振光光化学的实验研究工作引人注目。最近通过对恒星形成区的成像偏振测量法进行的天文观测揭示了圆偏振光在空间中的分布。从天体生物学的角度研究生命的手征性,有助于理解生命的起源和发展,从宇宙中恒星和行星系统的诞生到终结。对地球生命、太阳系外生命和宇宙生命起源的深刻理解,将通过考虑生命能够生存的地方,即“可居住”区,以及生命能够起源的地方,我们称之为“可起源”区。
2010-09-30 astro-ph.EP astro-ph.GA astro-ph.SR
False positives and the challenge of testing the alien hypothesis
生命的起源和外星生命的探测在历史上一直被视为独立的科学研究问题。但是,它们并不是严格独立的。在这里,我们讨论了更好地整合生命探测和生命起源科学的必要性。在贝叶斯假设检验的形式主义框架内构建这些双重问题,我们通过简单的例子展示了生命探测声明的高置信度需要(1)关于特定外星环境中生命存在的强先验假设,或者相反,(2)不易受到误报的生命签名。作为一个案例研究,我们讨论了先验和假设检验的作用,在最近的结果报告潜在的探测金星大气中的生命,并在冰羽的土卫二。虽然目前许多领先的生物特征候选者都受到假阳性的影响,因为它们不是生命的决定性因素,但我们的分析表明,为什么有必要将重点转移到决定性的候选特征上。这表明有必要开发出没有误报的方法,通过使用依赖于先前假设的生命观测值,这些假设在确定生命的定义特征时具有强有力的理论和经验支持。为了理解生命的普遍特征而发展的抽象理论更有可能是确定的,并适用于我们不知道的生命。在没有外星人例子的情况下,这些理论最好在生命起源实验中得到验证,证实了生命起源和生物特征科学研究界之间更好地整合的必要性。
2022-07-01 astro-ph.EP physics.pop-ph q-bio.PE
Polarized muons and the origin of biological homochirality
虽然生物学家尚未就生命的定义达成共识,但同手性-生物分子的特定分子手性-是一种仅由生命产生的现象。解开它的起源需要跨学科的研究,通过探索基础物理学,化学,天体物理学和生物学。在这里,我们考虑在天体物理学和粒子物理学的背景下,生物同手性的起源。弱力是自然界中最基本的力之一,它是宇称违反的。在地球上,在地平面上,我们的大部分宇宙辐射剂量来自于在涉及弱力的衰变中形成的极化μ子。我们讨论了如何在几个不同的环境中,这是在寻找生命起源的主要目标宇宙阵雨中的磁极化传输。我们考虑如何这种极化可能会引起一种类型的手性在其他生物的偏好,并讨论在其他世界的生命搜索的影响。
2021-09-16 astro-ph.EP physics.bio-ph
Bioverse: Potentially Observable Exoplanet Biosignature Patterns Under the UV Threshold Hypothesis for the Origin of Life
本研究利用贝叶斯建模和Bioverse模拟器,探讨生命起源的近紫外阈值假说,证明系外行星生物签名调查能有效检验该假说,并指出诊断能力对样本量、生命起源率及宿主星特性的敏感性。
2025-04-05 astro-ph.EP
Challenge-Based Funding to Spark Origins Breakthroughs
本文针对生命起源研究因目标模糊而缺乏进展标志的问题,提出一系列带有明确“终点线”的挑战目标,促使社区凝聚共识并厘清生命与非生命现象的区别。
2025-06-30 astro-ph.EP astro-ph.IM
Origin of homochirality in peptides: The first milestone at the origin of life
Roskilde University(罗斯基勒大学)
本文探讨生命起源的进化顺序,提出首个里程碑是蛋白质同手性出现,随后代谢和遗传通过地壳中的同手性酶建立,最终细胞分裂在温泉环境中形成。
2026-11-04 astro-ph.EP q-bio.PE
Amino Acid Chiral Selection Via Weak Interactions in Stellar Environments: Implications for the Origin of Life
磁手征现象可能是流星环境中生物分子选择手征态的原因。例如,超新星氨基酸加工(SNAAP)模型先前被提出作为通过强磁场中的弱相互作用的方式对氨基酸进行磁手性选择的可能模式。在早期的工作中,该模型被证明产生的对映体过量(ee)高达0.014%的丙氨酸。本文介绍了分子量子化学计算结果,并由此确定了陨石中α-氨基酸加上异缬氨酸和正缬氨酸的$ee$。计算进行隔离和水的状态。在某些情况下,发现水性状态产生较大的$ee$,在合理条件下达到高达百分之几的值。
2019-06-18 astro-ph.EP physics.chem-ph
On the Role of $^{40}$K in the Origin of Terrestrial Life
钾的丰度和生物学作用表明,钾的不稳定核素存在于陆地生物成因的各个阶段。在太古代时期,$^{40}$ K的同位素比例增加,可能对原始地球中存在的特殊的、也许是唯一的生物成因条件做出了贡献。与U和Th放射性核素相比,$^{40}$ K具有较小的破坏性放射化学影响,这可能会驱动原始生物分子的结构和功能特性的适度但持续的进化。在$^{40}$ K的主要$β$ -衰变路线中,太古代钾离子溶液产生的辐射剂量可能比地球上目前的背景辐射大一到两个数量级。间接受$β$衰变的有机分子的速率估计提供了两个示意性的模型中的益生元溶液的溶剂中的次级事件的传播。由$^{40}$ K发射的左手$β^-$粒子是原始地球中通过弱核力引发L型氨基酸对映体过量的最佳候选者。$^{40}$ K的浓度依赖性辐射剂量非常适合生命起源的干湿情景,应在现实的生物前化学途径模拟中加以考虑。
2022-10-24 astro-ph.EP physics.bio-ph
The Propitious Role of Solar Energetic Particles in the Origin of Life
我们进行了3-D数值模拟,以评估太阳高能粒子(SEPs),即大耀斑和超级耀斑期间的高能粒子爆发,对古代和现代火星的穿透和轰击效应。我们表明,沉积的SEPs是不均匀的行星表面,相应的能量通量低于其他来源假设有影响生命的起源。然而,SEP可能已经能够促进多种重要有机分子(例如核碱基和氨基酸)的合成。由于这些途径的效率相对较高,总产量可能相当于(甚至超过)对某些常规来源(如放电和陨石的外源释放)的预测值。我们还认为,SEPs可能发挥了作用,使闪电的启动。我们的工作的一个值得注意的推论是,SEP可能构成了M矮星周围系外行星上的益生元合成的重要机制,从而减轻了这些行星上生物活性紫外线辐射的不足。虽然有几个不确定性与(外)行星环境和生命前的化学途径,我们的研究表明,SEPs代表了一个潜在的重要因素,在了解生命的起源。
2018-01-17 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.SR
Constraining the Time Interval for the Origin of Life on Earth
对地球上生命出现时间的估计使用了两种类型的证据。首先,天体物理学和地球物理学研究提供了地球和月球形成的时间尺度,早期地球上的大型撞击事件,以及早期岩浆海洋的冷却。从这些证据中,我们可以推断出一个适居性边界,这是地球最早成为可居住的点。第二,地质样本中的生物特征,包括微化石、叠层石和化学同位素比率,为生命何时真正存在提供了证据。从这些观察中,我们可以推断出一个生物特征边界,这是有明确证据表明生命存在的最早点。分子生物遗传学研究和大气中氧气水平变化的记录提供了有助于确定生物特征边界的额外信息。在这里,我们回顾了来自广泛学科的数据,以总结关于这两个边界的时间的当前信息。可居住性边界可能早于4.5 Ga,这是地球具有稳定地壳和水圈的最早估计时间,或晚于3.9 Ga,重陨石撞击时期的结束。对于是否有一次足以阻止生命的晚期重陨石撞击缺乏共识,这是估计可居住边界时间的最大不确定性。生物特征边界受到更严格的限制。来自碳同位素比值和叠层石化石的证据都指向接近3.7 Ga的时间。生命一定是在这两个边界之间的间隔中出现的。因此,生命出现的时间可能在2亿年以内,也可能长达8亿年。
2018-08-28 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph