Astronomen hebben de meest veelbelovende tekenen tot nu toe ontdekt van een mogelijke biosignatuur buiten het zonnestelsel, hoewel ze voorzichtig blijven. Met behulp van gegevens van de James Webb Space Telescope (JWST) hebben de astronomen, onder leiding van de Universiteit van Cambridge, de chemische vingerafdrukken van dimethylsulfide (DMS) en/of dimethyldisulfide (DMDS) ontdekt in de atmosfeer van de exoplaneet K2-18b, die in de bewoonbare zone rond zijn ster draait.
Op aarde worden DMS en DMDS alleen geproduceerd door leven, voornamelijk microbieel leven zoals marien fytoplankton. Hoewel een onbekend chemisch proces de bron kan zijn van deze moleculen in de atmosfeer van K2-18b, zijn de resultaten het sterkste bewijs tot nu toe dat er leven kan bestaan op een planeet buiten ons zonnestelsel. De waarnemingen hebben het ‘drie sigma’ niveau van statistische significantie bereikt, wat betekent dat er een kans van 0,3% is dat ze toevallig zijn gedaan. Om de geaccepteerde classificatie voor wetenschappelijke ontdekkingen te bereiken, zouden de waarnemingen de vijf-sigma drempel moeten overschrijden, wat betekent dat er minder dan 0,00006% kans is dat ze toevallig zijn gedaan. De onderzoekers zeggen dat tussen de 16 en 24 uur follow-up observatietijd met JWST hen kan helpen de zo belangrijke vijf-sigma significantie te bereiken. Hun resultaten staan in The Astrophysical Journal Letters. Bij eerdere waarnemingen van K2-18b, die 8,6 keer zo massief en 2,6 keer zo groot is als de aarde en 124 lichtjaar van ons vandaan in het sterrenbeeld Leeuw ligt, werden methaan en koolstofdioxide in zijn atmosfeer geïdentificeerd. Dit was de eerste keer dat moleculen op basis van koolstof werden ontdekt in de atmosfeer van een exoplaneet in de bewoonbare zone. Deze resultaten kwamen overeen met de voorspellingen voor een ‘Hycean’-planeet: een bewoonbare, met oceanen bedekte wereld onder een waterstofrijke atmosfeer.
Een ander, zwakker signaal wees er echter op dat er mogelijk iets anders aan de hand was op K2-18b. “We wisten niet zeker of het signaal dat we de vorige keer zagen afkomstig was van DMS, maar alleen al de hint was spannend genoeg voor ons om nog eens te kijken met JWST met een ander instrument,” zei professor Nikku Madhusudhan van Cambridge's Institute of Astronomy, die het onderzoek leidde. Om de chemische samenstelling van de atmosferen van verre planeten te bepalen, analyseren astronomen het licht van de moederster als de planeet op doorreis is, oftewel voor de ster langs gaat, gezien vanaf de aarde. Tijdens de overgang van K2-18b kan JWST een afname in de helderheid van de ster waarnemen en een klein deel van het sterlicht passeert de atmosfeer van de planeet voordat het de aarde bereikt. De absorptie van een deel van het sterlicht in de atmosfeer van de planeet laat afdrukken achter in het spectrum van de sterrenhemel die astronomen kunnen samenvoegen om de samenstellende gassen van de atmosfeer van de exoplaneet te bepalen. De eerdere, voorlopige conclusie van DMS werd gemaakt met behulp van JWST's NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) en NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) instrumenten, die samen het nabij-infrarode (0,8-5 micron) golflengtegebied bestrijken. Voor de nieuwe, onafhankelijke waarneming is gebruik gemaakt van het MIRI (Mid-Infrared Instrument) van JWST in het midden-infrarood (6-12 micron).
“Dit is een onafhankelijke lijn van bewijs, met behulp van een ander instrument dan we eerder deden en een ander golflengtebereik van licht, waarbij er geen overlap is met de eerdere waarnemingen,” zei Madhusudhan. “Het signaal kwam sterk en duidelijk door.” “Het was een ongelooflijke realisatie om de resultaten te zien opduiken en consistent te blijven tijdens de uitgebreide onafhankelijke analyses en robuustheidstests,” zei co-auteur Måns Holmberg, een onderzoeker aan het Space Telescope Science Institute in Baltimore, VS. DMS en DMDS zijn moleculen uit dezelfde chemische familie en van beide wordt voorspeld dat het biosignaturen zijn. Beide moleculen hebben overlappende spectrale kenmerken in het waargenomen golflengtebereik, hoewel verdere waarnemingen zullen helpen om onderscheid te maken tussen de twee moleculen. De concentraties van DMS en DMDS in de atmosfeer van K2-18b zijn echter heel anders dan op aarde, waar ze over het algemeen lager zijn dan één volumedeel per miljard. Op K2-18b zijn ze naar schatting duizenden keren sterker - meer dan tien delen per miljoen.
“Eerder theoretisch werk had voorspeld dat hoge niveaus van zwavelhoudende gassen zoals DMS en DMDS mogelijk zijn op Hycean-werelden,” zei Madhusudhan. "En nu hebben we het waargenomen, in lijn met wat was voorspeld. Gezien alles wat we over deze planeet weten, is een Hyceaanse wereld met een oceaan die wemelt van leven het scenario dat het beste past bij de gegevens die we hebben." Madhusudhan zegt dat de resultaten weliswaar opwindend zijn, maar dat het essentieel is om meer gegevens te verzamelen voordat we beweren dat er leven is gevonden op een andere wereld. Hij zegt dat hij voorzichtig optimistisch is, maar dat er mogelijk chemische processen op K2-18b aan het werk zijn die tot nu toe onbekend waren en die de waarnemingen kunnen verklaren. In samenwerking met collega's hoopt hij verder theoretisch en experimenteel werk uit te voeren om te bepalen of DMS en DMDS niet-biologisch geproduceerd kunnen worden op het niveau dat nu wordt aangenomen. “De afleiding van deze biosignatuurmoleculen werpt diepgaande vragen op over de processen die deze moleculen zouden kunnen produceren”, zegt co-auteur Subhajit Sarkar van de Universiteit van Cardiff.
“Ons werk is het startpunt voor alle onderzoeken die nu nodig zijn om de implicaties van deze opwindende bevindingen te bevestigen en te begrijpen,” zei co-auteur Savvas Constantinou, ook van Cambridge's Institute of Astronomy. “Het is belangrijk dat we heel sceptisch zijn over onze eigen resultaten, want alleen door te testen en nog eens te testen kunnen we het punt bereiken waarop we er vertrouwen in hebben,” zei Madhusudhan. “Zo moet wetenschap werken.” Hoewel hij nog geen definitieve ontdekking claimt, zegt Madhusudhan dat de mensheid met krachtige instrumenten zoals JWST en toekomstige telescopen nieuwe stappen zet in de richting van het beantwoorden van de meest essentiële vraag: zijn we alleen? “Tientallen jaren later zullen we misschien terugkijken op dit moment en erkennen dat dit het moment was waarop het levende universum binnen ons bereik kwam,” aldus Madhusudhan. “Dit zou het omslagpunt kunnen zijn, waar we plotseling in staat zijn om de fundamentele vraag te beantwoorden of we alleen zijn in het universum.”
Bron: University of Cambridge
