In hun pogingen om bewijs van leven buiten ons zonnestelsel te vinden, worden wetenschappers gedwongen om de zogenaamde 'laaghangende vrucht'-benadering te volgen. In feite komt dit neer op het bepalen of planeten "potentieel bewoonbaar" zouden kunnen zijn op basis van het feit of ze al dan niet warm genoeg zouden zijn om vloeibaar water op hun oppervlak en in een dichte atmosfeer met voldoende zuurstof te hebben.
Dit is een gevolg van het feit dat de bestaande methoden voor het onderzoeken van verre planeten grotendeels indirect zijn en dat de aarde slechts één planeet is waarvan we weten dat die het leven kan ondersteunen. Maar wat als het niet gegarandeerd is dat planeten met veel zuurstof leven produceren? Volgens een nieuwe studie van een team van de Johns Hopkins University zou dit heel goed het geval kunnen zijn.
De bevindingen zijn gepubliceerd in een studie met de titel "Gasfasechemie van koele exoplaneetatmosferen: inzicht uit laboratoriumsimulaties", die onlangs is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift ACS Aarde en ruimte Scheikunde. Omwille van hun studie simuleerde het team de atmosfeer van extra-zonneplaneten in een laboratoriumomgeving om aan te tonen dat zuurstof niet noodzakelijk een teken van leven is.
Op aarde vormt zuurstofgas ongeveer 21% van de atmosfeer en is ontstaan als gevolg van fotosynthese, die culmineerde in het Great Oxygenation Event (ca. 2,45 miljard jaar geleden). Deze gebeurtenis veranderde de samenstelling van de atmosfeer van de aarde drastisch, gaande van een samenstelling bestaande uit stikstof, kooldioxide en inerte gassen tot de stikstof-zuurstofmix die we tegenwoordig kennen.
Vanwege het belang voor de opkomst van complexe levensvormen op aarde, wordt zuurstofgas beschouwd als een van de belangrijkste biosignaturen bij het zoeken naar mogelijke indicaties van leven buiten de aarde. Zuurstofgas is immers het resultaat van fotosynthetische organismen (zoals bacteriën en planten) en wordt geconsumeerd door complexe dieren zoals insecten en zoogdieren.
Maar als het erop aankomt, is er veel dat wetenschappers niet weten over hoe verschillende energiebronnen chemische reacties initiëren en hoe die reacties biosignaturen zoals zuurstof kunnen creëren. Terwijl onderzoekers fotochemische modellen op computers hebben uitgevoerd om te voorspellen welke exoplaneetatmosferen mogelijk zouden kunnen creëren, ontbraken echte simulaties in een laboratoriumomgeving.
Het onderzoeksteam voerde hun simulaties uit met behulp van de speciaal ontworpen Planetaire HAZE (PHAZER) -kamer in het laboratorium van Sarah Hörst, een assistent-professor Aard- en Planeetwetenschappen aan de JHU en een van de belangrijkste auteurs op het papier. De onderzoekers begonnen met het maken van negen verschillende gasmengsels om exoplaneetatmosferen te simuleren.
Deze mengsels kwamen overeen met de voorspellingen over de twee meest voorkomende soorten exoplaneten in ons sterrenstelsel: Super-Earths en mini-Neptunes. Elk mengsel, in overeenstemming met deze voorspellingen, was samengesteld uit kooldioxide, water, ammoniak en methaan en werd vervolgens verwarmd tot temperaturen van 27 tot 370 ° C (80 tot 700 ° F).
Het team injecteerde vervolgens elk mengsel in de PHAZER-kamer en stelde ze bloot aan een van de twee vormen van energie waarvan bekend is dat ze chemische reacties in de atmosfeer veroorzaken - plasma van wisselstroom en ultraviolet licht. Terwijl de eerste elektrische activiteiten zoals bliksem of energetische deeltjes simuleerde, simuleerde het UV-licht licht van de zon - de belangrijkste motor van chemische reacties in het zonnestelsel.
Nadat het experiment drie dagen onafgebroken was uitgevoerd, wat overeenkomt met hoe lang atmosferische gassen zouden worden blootgesteld aan een energiebron in de ruimte, maten en identificeerden de onderzoekers de resulterende moleculen met een massaspectrometer. Wat ze ontdekten was dat in meerdere scenario's zuurstof en organische moleculen werden geproduceerd. Deze omvatten formaldehyde en waterstofcyanide, wat kan leiden tot de productie van aminozuren en suikers.
Kortom, het team kon aantonen dat zuurstofgas en de grondstoffen waaruit het leven zou kunnen ontstaan, beide konden worden gecreëerd door eenvoudige chemische reacties. Zoals Chao He, de hoofdauteur van de studie, uitlegde:
“Mensen suggereerden altijd dat zuurstof en organische stoffen bij elkaar aanwezig zijn, het leven aangeeft, maar we hebben ze abiotisch geproduceerd in meerdere simulaties. Dit suggereert dat zelfs de gelijktijdige aanwezigheid van algemeen aanvaarde biosignaturen een vals positief leven kan zijn. ”
Deze studie kan belangrijke implicaties hebben als het gaat om het zoeken naar leven buiten ons zonnestelsel. In de toekomst zullen telescopen van de volgende generatie ons de mogelijkheid geven om exoplaneten rechtstreeks in beeld te brengen en spectra uit hun atmosfeer te verkrijgen. Wanneer dat gebeurt, moet de aanwezigheid van zuurstof mogelijk worden heroverwogen als een mogelijk teken van bewoonbaarheid. Gelukkig zijn er nog genoeg potentiële biosignaturen om naar te zoeken!
