Forskere udvikler ny metode til at detektere ilt på exoplaneter

Forskere har udviklet en ny metode til at detektere ilt i exoplanetatmosfærer, der kan fremskynde søgen efter liv.

En mulig indikation af liv, eller biosignatur, er tilstedeværelsen af ​​ilt i en exoplanets atmosfære. Ilt dannes af liv på Jorden, når organismer som planter, alger, og cyanobakterier bruger fotosyntese til at omdanne sollys til kemisk energi.

UC Riverside hjalp med at udvikle den nye teknik, som vil bruge NASAs James Webb-rumteleskop til at detektere et stærkt signal, som iltmolekyler producerer, når de kolliderer. Dette signal kan hjælpe videnskabsmænd med at skelne mellem levende og ikke-levende planeter.

Siden exoplaneter, som kredser om andre stjerner end vores sol, er så langt væk, videnskabsmænd kan ikke lede efter tegn på liv ved at besøge disse fjerne verdener. I stedet, de skal bruge et banebrydende teleskop som Webb for at se, hvad der er inde i atmosfæren på exoplaneter.

"Før vores arbejde, ilt på lignende niveauer som på Jorden blev anset for at være uopdagelig med Webb, " sagde Thomas Fauchez fra NASAs Goddard Space Flight Center og hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette iltsignal er kendt siden begyndelsen af ​​1980'erne fra Jordens atmosfæriske undersøgelser, men er aldrig blevet undersøgt til exoplanetforskning."

UC Riverside astrobiolog Edward Schwieterman foreslog oprindeligt en lignende måde at detektere høje koncentrationer af ilt fra ikke-levende processer og var medlem af holdet, der udviklede denne teknik. Deres arbejde blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Natur astronomi .

"Oxygen er et af de mest spændende molekyler at opdage på grund af dets forbindelse med liv, men vi ved ikke, om liv er den eneste årsag til ilt i en atmosfære, " sagde Schwieterman. "Denne teknik vil give os mulighed for at finde ilt i planeter både levende og døde."

Når iltmolekyler kolliderer med hinanden, de blokerer for, at dele af det infrarøde lysspektrum bliver set af et teleskop. Ved at undersøge mønstre i det lys, de kan bestemme sammensætningen af ​​planetens atmosfære.

Schwieterman hjalp NASA-holdet med at beregne, hvor meget lys der ville blive blokeret af disse iltkollisioner.

Spændende nok, nogle forskere foreslår, at ilt også kan få en exoplanet til at se ud til at være vært for liv, når den ikke gør det, fordi det kan ophobes i en planets atmosfære uden nogen som helst livsaktivitet.

Hvis en exoplanet er for tæt på sin værtsstjerne eller modtager for meget stjernelys, atmosfæren bliver meget varm og mættet med vanddamp fra fordampende oceaner. Dette vand kunne derefter nedbrydes af stærk ultraviolet stråling til atomart brint og oxygen. Brint, som er et let atom, flygter meget let til rummet, efterlader ilten.

Over tid, denne proces kan medføre, at hele oceaner går tabt, mens der opbygges en tyk iltatmosfære – mere jævn, end livet kunne skabe. Så, rigelig ilt i en exoplanets atmosfære betyder ikke nødvendigvis rigeligt liv, men kan i stedet indikere en historie med vandtab.

Schwieterman advarer om, at astronomer endnu ikke er sikre på, hvor udbredt denne proces kan være på exoplaneter.

"Det er vigtigt at vide, om og hvor meget døde planeter genererer atmosfærisk ilt, så vi bedre kan genkende, hvornår en planet er i live eller ej, " han sagde.

Schwieterman er gæstepostdoc ved UCR, som snart starter som adjunkt i astrobiologi ved Institut for Jord- og Planetvidenskab.

Forskningen modtog finansiering fra Goddard's Sellers Exoplanet Environments Collaboration, som er delvist finansieret af NASA Planetary Science Divisions Internal Scientist Funding Model. Dette projekt har også modtaget støtte fra EU's Horizon 2020 forsknings- og innovationsprogram under Marie Sklodowska-Curie Grant, NASA Astrobiology Institute Alternative Earths team, og NExSS Virtual Planetary Laboratory.

Webb vil være verdens førende rumvidenskabelige observatorium, når det opsendes i 2021. Det vil give videnskabsfolk mulighed for at løse mysterier i vores solsystem, se til fjerne verdener omkring andre stjerner, og undersøge de mystiske strukturer og oprindelsen af ​​vores univers og vores plads i det.