Is er leven op een verre planeet? Een manier waarop astronomen dit proberen te achterhalen, is door het licht te analyseren dat door de atmosfeer van een planeet wordt verstrooid. Een deel van dat licht, die afkomstig is van de sterren waar hij omheen draait, interactie heeft gehad met zijn atmosfeer, en geeft belangrijke aanwijzingen voor de gassen die het bevat. Als gassen zoals zuurstof, methaan of ozon worden gedetecteerd, die kunnen wijzen op de aanwezigheid van levende organismen. Dergelijke gassen staan ​​bekend als biosignaturen. Een team van wetenschappers van EPFL en Tor Vergata Universiteit van Rome heeft een statistisch model ontwikkeld dat astronomen kan helpen bij het interpreteren van de resultaten van het zoeken naar deze 'tekens van leven'. Hun onderzoek is zojuist gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ).

Sinds de eerste exoplaneet - een planeet die om een ​​andere ster dan de zon draait - 25 jaar geleden werd ontdekt, meer dan 4, 300 meer zijn geïdentificeerd. En de lijst groeit nog steeds:elke twee of drie dagen wordt er een nieuwe ontdekt. Ongeveer 200 van de tot nu toe gevonden exoplaneten zijn tellurisch, wat betekent dat ze voornamelijk uit rotsen bestaan, zoals de aarde. Hoewel dat niet de enige vereiste is voor een planeet om leven te kunnen huisvesten - het moet ook water hebben en op een bepaalde afstand van de zon staan ​​- is het een criterium dat astronomen gebruiken om hun zoektocht te concentreren.

In de komende jaren, het gebruik van gasspectroscopie om biosignaturen in de atmosferen van planeten te detecteren, zal een steeds belangrijker onderdeel van de astronomie worden. Op dit gebied lopen al veel onderzoeksprogramma's, zoals voor de CHEOPS-satelliet die op exoplaneten jaagt, die in december 2019 in een baan om de aarde kwam, en de James-Webb optische telescoop, geplande lancering in oktober 2021.

beginnend met een onbekende

Hoewel er veel vooruitgang is geboekt bij het detecteren van exoplanetaire biosignaturen, nog enkele vraagtekens. Wat zijn de implicaties van dit soort onderzoek? En hoe moeten we de resultaten interpreteren? Wat als er maar één biosignatuur wordt gedetecteerd op een planeet? Of wat als er geen biosignaturen worden gedetecteerd - wat moeten we concluderen? Dat soort vragen wilden de wetenschappers van EPFL-Tor Vergata beantwoorden met hun nieuwe model.

Hun werk pakt het probleem vanuit een nieuwe invalshoek aan. traditioneel, astronomen hebben naar leven op een andere planeet gezocht op basis van wat we weten over het leven en de biologische evolutie op aarde. Maar met hun nieuwe methode, de wetenschappers begonnen met een onbekende:hoeveel andere planeten in onze melkweg hebben een vorm van leven. Hun model omvat factoren zoals het geschatte aantal andere sterren in de melkweg die vergelijkbaar zijn met de zon en hoeveel tellurische planeten er binnen een bewoonbare afstand van die sterren zouden kunnen draaien. Het maakt gebruik van Bayesiaanse statistiek - bijzonder geschikt voor kleine steekproefomvang - om de kans op leven in onze melkweg te berekenen op basis van het aantal gedetecteerde biosignaturen:één, meerdere of helemaal geen.

"Intuïtief, is het logisch dat als we leven op een andere planeet vinden, er zijn waarschijnlijk vele anderen in de melkweg met een soort levend organisme. Maar hoeveel?" zegt Amedeo Balbi, een professor in astronomie en astrofysica in de natuurkundeafdeling van Tor Vergata. "Ons model zet die intuïtieve aanname om in een statistische berekening, en laten we precies bepalen wat de cijfers betekenen in termen van hoeveelheid en frequentie."

"Astronomen gebruiken al verschillende aannames om te beoordelen hoe geloofwaardig het leven op een bepaalde planeet is, " zegt Claudio Grimaldi, een wetenschapper bij EPFL's Laboratory of Physics of Complex Matter (LPMC), die ook verbonden is aan het Enrico Fermi Research Center in Rome. "Een van onze onderzoeksdoelen was dan ook om een ​​methode te ontwikkelen om die aannames te wegen en te vergelijken in het licht van de nieuwe gegevens die de komende jaren zullen worden verzameld."

Verspreiding van de ene planeet naar de andere

Gezien het kleine aantal planeten dat waarschijnlijk in de nabije toekomst zal worden onderzocht, en ervan uitgaande dat het leven onafhankelijk zal ontstaan ​​op een planeet, de EPFL-Tor Vergata-studie wees uit dat als zelfs maar één biosignatuur wordt gedetecteerd, kunnen we concluderen met een kans van meer dan 95% dat er meer dan 100 zijn, 000 bewoonde planeten in de melkweg - meer dan het aantal pulsars, dat zijn objecten die worden gemaakt wanneer een massieve ster aan het einde van zijn leven explodeert. Anderzijds, als er geen biohandtekeningen worden gedetecteerd, we kunnen niet noodzakelijkerwijs concluderen dat er elders in de Melkweg geen andere vormen van leven bestaan.

De wetenschappers keken ook naar de theorie van panspermie, waarin staat dat in plaats van onafhankelijk op te komen op een bepaalde planeet, levensvormen kunnen worden overgedragen van een andere planeet, bijvoorbeeld door organische materie of microscopische organismen die op kometen worden vervoerd of zich verspreiden tussen naburige planeten. Dit houdt in dat de kans op leven op een planeet ook afhangt van hoe ver deze van andere planeten verwijderd is en hoe gemakkelijk verschillende levensvormen - waarvan de fysieke kenmerken extreem kunnen verschillen van die waarmee we vertrouwd zijn - in staat zijn om de extreme omstandigheden van de ruimte te weerstaan reizen en zich aanpassen aan de nieuwe planeet. Door rekening te houden met panspermia verandert het afgeleide aantal bewoonde planeten elders in de melkweg.