Zijn wij alleen in het universum? Deze vraag houdt ons al duizenden jaren bezig, maar het is pas nu dat de wetenschap op het punt staat een echt antwoord te geven. We kennen nu tientallen rotsachtige planeten die om andere sterren dan onze zon draaien, waar, voor zover we weten, leven zou kunnen bestaan. Enzovoort, met de lancering van de James Webb Space Telescope, we zullen de eerste kans hebben om in de atmosferen van sommige van deze werelden te kijken.

Maar waar moeten we naar zoeken? In onze nieuwe studie gepubliceerd in Science Advances, we identificeren combinaties van planetaire temperatuur en lichtomstandigheden die voldoende zijn om de bouwstenen van het leven te laten ontstaan.

We zijn begonnen met wat we weten. Op aarde, fotosynthese - het proces waarbij planten energie maken - heeft onze atmosfeer getransformeerd van een atmosfeer die rijk is aan koolstofdioxide tot een atmosfeer die rijk is aan moleculaire zuurstof. Dat komt omdat planten met behulp van zonlicht koolstofdioxide en water omzetten in suikers en zuurstof.

De aanwezigheid van moleculaire zuurstof kan daarom wijzen op de aanwezigheid van leven, vooral als het naast methaan wordt waargenomen (planten en bacteriën kunnen methaan produceren). Als we kooldioxide en methaan zouden vinden samen met de volledige afwezigheid van koolmonoxide, dit kan ook een teken van leven op andere planeten zijn. Dit is zo omdat, zo ver we weten, er zijn manieren waarop het leven veel methaan kan afgeven in een koolstofdioxide-rijke atmosfeer zonder ook veel koolmonoxide te maken.

Misschien zijn er andere mogelijkheden, ook - wetenschappers kijken door alle mogelijke kleine moleculen om biosignaturen te identificeren waar we nog niet aan hebben gedacht.

Het probleem met 'bewoonbare zones'

Maar zelfs als we precies wisten waarnaar we moesten zoeken, waar moeten we kijken? Het is onmogelijk om de hele kosmos voor het leven af ​​te tasten. We moeten kijken naar individuele systemen, een handvol tegelijk.

Om het leven te kunnen hosten, een exoplaneet moet zich op de juiste afstand van een ster bevinden om vloeibaar water stabiel op het oppervlak te laten bestaan. De zone waarin aan dit criterium wordt voldaan, wordt de "bewoonbare zone" genoemd. Als we een levensvat nemen en het op het oppervlak van een planeet in deze zone dumpen, het zou kunnen overleven. Dus deze planeten zijn een goede plek om te beginnen met zoeken.

Echter, daarmee wordt niet ingegaan op de vraag of het leven daar vanzelf zou kunnen ontstaan. Het leven zoals we het kennen vereist een verscheidenheid aan moleculaire structuren die verschillende functies in de cel vervullen. Deze omvatten DNA, RNA, eiwitten en celmembranen, die zijn opgebouwd uit relatief eenvoudige bouwstenen (lipiden, nucleotiden en aminozuren). Het was lange tijd een raadsel waar die bouwstenen vandaan kwamen, maar recentelijk zijn er grote doorbraken geweest bij het bepalen hoe ze op het oppervlak van de vroege aarde zijn ontstaan.

Bijvoorbeeld, ultraviolet licht schijnen op waterstofcyanide (een chemische verbinding die in de natuur voorkomt) in water, samen met een negatief geladen ion (een atoom dat elektronen heeft gekregen) zoals bisulfiet, leidt tot eenvoudige suikers.

Waterstofcyanide is overvloedig aanwezig in de "protoplanetaire schijven" die zonnestelsels vormen en in kometen, en kan door inslag op het oppervlak van een planeet worden gevormd. Het bisulfiet op aarde is waarschijnlijk ontstaan ​​uit zwaveldioxide van vulkanen die in water werden opgenomen - iets dat ook op exoplaneten zou kunnen gebeuren.

In bepaalde omgevingen, met de juiste voorwaarden, waterstofcyanide en een negatief geladen ion kunnen selectief en in hoge concentraties leiden tot de vorming van veel van de bouwstenen van het leven. Maar de reacties zijn afhankelijk van de juiste hoeveelheid UV-licht. Bij gebrek aan licht, deze zelfde moleculen – waterstofcyanide en bisulfiet – reageren langzaam om producten te vormen die niet leiden tot de bouwstenen van het leven.

Oorsprong van levenszone

De snelheid van deze reacties in het licht en in het donker kan zowel in het laboratorium worden gemeten - en dat is wat we deden in onze nieuwe studie. Door deze snelheden te vergelijken, konden we een "abiogenese-zone" afbakenen (abiogenese betekent "oorsprong van het leven") - het gebied op de juiste afstand van een ster voor chemie in het licht om de chemie in het donker te overtreffen.

Voor sterren zoals onze zon, de abiogenese-zone overlapt met de bewoonbare zone. Maar voor koelere sterren, het verhaal is ingewikkelder. Wanneer koele sterren inactief zijn, de abiogenese-zone is te dicht bij de ster om te overlappen met de bewoonbare zone. Maar coole sterren kunnen ook heel actief zijn, produceren van grote en frequente fakkels. Zijn deze fakkels voldoende om de chemie aan te drijven die leidt tot de bouwstenen van het leven? Het kan mogelijk zijn, maar er moet nog veel meer werk worden verzet om de planeten om hen heen met vertrouwen te identificeren als geschikt voor leven.

We hebben onze resultaten vergeleken met een catalogus van bekende exoplaneten die geclassificeerd zijn als in de bewoonbare zone om degenen te identificeren die klaar zijn voor leven. We hebben twee kandidaten gevonden. Kepler-452b is de kleinste exoplaneet die we kennen en die zich definitief in zowel de bewoonbare als de abiogenesezone bevindt. Exoplaneet Kepler-62e bevindt zich mogelijk ook in de abiogenese-zone, maar het is niet zo waarschijnlijk rotsachtig.

Helaas zijn beide exoplaneten te ver weg voor de James Webb-telescoop om te onderzoeken. Hoewel we geen exoplaneten in de buurt hebben gevonden in zowel de bewoonbare als de abiogenese-zone, we ontdekken zulke werelden met adembenemende snelheid - met al enkele duizenden ontdekt. Dus het kan niet lang duren voordat we dat doen. Bijvoorbeeld, de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) heeft een kans om meer systemen zoals Kepler-452b te vinden die dichter bij huis zijn. Tot dan, we zouden de methode ook kunnen gebruiken om manen rond gigantische gasplaneten in bewoonbare zones te onderzoeken om erachter te komen of ze klaar zijn voor leven.

Hoewel dit spannend is, opgemerkt moet worden dat het erg moeilijk is om een ​​probleem op te lossen op basis van een enkel datapunt. Direct, De aarde is het enige datapunt dat we hebben voor het leven. In de toekomst, als we meerdere voorbeelden van leven vinden, concepten zoals de abiogenese-zone kunnen worden gebruikt om de voorspellingen van verschillende theorieën over de oorsprong van het leven te testen en nieuw inzicht te krijgen over hoe het leven op aarde begon en of het op een andere manier had kunnen beginnen. Maar het is natuurlijk al verbazingwekkend genoeg om gewoon ergens buiten ons zonnestelsel leven te ontdekken.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.