De zoektocht naar leven op andere planeten heeft een grote boost gekregen nadat wetenschappers de spectrale kenmerken van bijna 1000 atmosferische moleculen hebben onthuld die mogelijk betrokken zijn bij de productie of consumptie van fosfine, een studie onder leiding van UNSW Sydney onthuld.

Wetenschappers vermoeden al lang dat fosfine - een chemische verbinding gemaakt van één fosforatoom omgeven door drie waterstofatomen (PH3) - kan wijzen op leven als het wordt aangetroffen in de atmosferen van kleine rotsachtige planeten zoals de onze, waar het wordt geproduceerd door de biologische activiteit van bacteriën.

Dus toen een internationaal team van wetenschappers vorig jaar beweerde fosfine te hebben ontdekt in de atmosfeer van Venus, het wekte het verleidelijke vooruitzicht van het eerste bewijs van leven op een andere planeet - zij het primitieve, eencellige variëteit.

Maar niet iedereen was overtuigd, waarbij sommige wetenschappers zich afvroegen of het fosfine in de atmosfeer van Venus echt werd geproduceerd door biologische activiteit, of dat fosfine überhaupt werd gedetecteerd.

Nu een internationaal team, geleid door UNSW Sydney-wetenschappers, heeft hier een belangrijke bijdrage aan geleverd en aan eventuele toekomstige zoektochten naar leven op andere planeten door te laten zien hoe een eerste detectie van een potentiële biosignatuur moet worden gevolgd door zoekopdrachten naar verwante moleculen.

In een artikel dat vandaag in het tijdschrift is gepubliceerd: Grenzen in astronomie en ruimtewetenschappen , ze beschreven hoe het team computeralgoritmen gebruikte om een ​​database te maken van geschatte infrarood spectrale streepjescodes voor 958 moleculaire soorten die fosfor bevatten.

Kijk en leer

Zoals Dr. Laura McKemmish van de UNSW School of Chemistry uitlegt:wanneer wetenschappers op zoek gaan naar bewijs van leven op andere planeten, ze hoeven niet de ruimte in, ze kunnen eenvoudig een telescoop op de betreffende planeet richten.

"Om het leven op een planeet te identificeren, we hebben spectrale gegevens nodig, " ze zegt.

"Met de juiste spectrale gegevens, licht van een planeet kan je vertellen welke moleculen zich in de atmosfeer van de planeet bevinden."

Fosfor is een essentieel element voor het leven, maar tot nu toe, ze zegt, astronomen konden maar naar één polyatomair fosforhoudend molecuul zoeken, fosfine.

"Fosfine is een veelbelovende biosignatuur omdat het alleen in kleine concentraties wordt geproduceerd door natuurlijke processen. als we niet kunnen traceren hoe het wordt geproduceerd of geconsumeerd, we kunnen de vraag niet beantwoorden of het ongebruikelijke chemie is of kleine groene mannetjes die fosfine produceren op een planeet, " zegt dr. McKemmish.

Om inzicht te geven, Dr. McKemmish bracht een groot interdisciplinair team samen om te begrijpen hoe fosfor zich chemisch gedraagt, biologisch en geologisch en vraag hoe dit op afstand kan worden onderzocht met alleen atmosferische moleculen.

"Wat geweldig was aan deze studie, is dat het wetenschappers uit verschillende vakgebieden samenbracht - scheikunde, biologie, geologie - om deze fundamentele vragen rond het zoeken naar leven elders aan te pakken die één veld alleen niet kon beantwoorden, " zegt astrobioloog en co-auteur van de studie, Universitair hoofddocent Brendan Burns.

Dr. McKemmish vervolgt:"In het begin, we hebben gekeken welke fosforhoudende moleculen - wat we P-moleculen noemden - het belangrijkst zijn in atmosferen, maar het blijkt dat er heel weinig bekend is. Dus besloten we te kijken naar een groot aantal P-moleculen die in de gasfase te vinden zijn en die anders onopgemerkt zouden blijven door telescopen die gevoelig zijn voor infrarood licht."

Barcodegegevens voor nieuwe moleculaire soorten worden normaal gesproken voor één molecuul tegelijk geproduceerd, Dr. McKemmish zegt, een proces dat vaak jaren duurt. Maar het team dat bij dit onderzoek betrokken was, gebruikte wat zij "high-throughput computationele kwantumchemie" noemt om de spectra van 958 moleculen binnen slechts een paar weken te voorspellen.

"Hoewel deze nieuwe dataset nog niet de nauwkeurigheid heeft om nieuwe detecties mogelijk te maken, het kan verkeerde toewijzingen helpen voorkomen door het potentieel voor meerdere moleculaire soorten met vergelijkbare spectrale streepjescodes te benadrukken, bijvoorbeeld, bij lage resolutie met sommige telescopen, water en alcohol kunnen niet van elkaar te onderscheiden zijn."

"De gegevens kunnen ook worden gebruikt om te rangschikken hoe gemakkelijk een molecuul te detecteren is. niet intuïtief, buitenaardse astronomen die naar de aarde kijken, zouden het veel gemakkelijker vinden om 0,04% CO . te detecteren ₂ in onze atmosfeer dan de 20% O ₂ . Dit komt omdat CO ₂ absorbeert licht veel sterker dan O ₂ - dit is eigenlijk de oorzaak van het broeikaseffect op aarde."

Leven op exoplaneten

Ongeacht de uitkomsten van het debat over het bestaan ​​van fosfine in de atmosfeer van Venus en de mogelijke tekenen van leven op de planeet, deze recente toevoeging aan de kennis van wat met telescopen kan worden gedetecteerd, zal belangrijk zijn bij het detecteren van mogelijke tekenen van leven op exoplaneten - planeten in andere zonnestelsels.

"De enige manier waarop we naar exoplaneten kunnen kijken en zien of er leven is, is door spectrale gegevens te gebruiken die door telescopen zijn verzameld - dat is ons enige hulpmiddel, " zegt dr. McKemmish.

"Ons artikel biedt een nieuwe wetenschappelijke benadering voor het opvolgen van de detectie van potentiële biosignaturen en is relevant voor de studie van astrochemie binnen en buiten het zonnestelsel, " zegt Dr. McKemmish. "Verdere studies zullen de nauwkeurigheid van de gegevens snel verbeteren en het bereik van overwogen moleculen uitbreiden, de weg vrijmaken voor het gebruik ervan in toekomstige detecties en identificaties van moleculen."

Collega-co-auteur en CSIRO-astronoom Dr. Chenoa Tremblay zegt dat de bijdrage van het team nuttig zal zijn naarmate er in de nabije toekomst krachtigere telescopen online komen.

"Deze informatie komt op een kritiek moment in de astronomie, " ze zegt.

"Een nieuwe infraroodtelescoop, de James Web Space Telescope, wordt later dit jaar gelanceerd en zal veel gevoeliger zijn en meer golflengten bestrijken dan zijn voorgangers, zoals de Herschel Space Observatory. We zullen deze informatie in een zeer snel tempo nodig hebben om te identificeren nieuwe moleculen in de data."

Ze zegt dat hoewel het werk van het team was gericht op de trillingsbewegingen van moleculen die zijn gedetecteerd met telescopen die gevoelig zijn voor infrarood licht, ze zijn momenteel bezig om de techniek ook uit te breiden naar de radiogolflengten.

"Dit zal belangrijk zijn voor huidige en nieuwe telescopen zoals de aanstaande Square Kilometre Array die in West-Australië zal worden gebouwd."