De aanwezigheid van lachgas in de atmosfeer van aardachtige exoplaneten zou een teken kunnen zijn van de aanwezigheid van buitenaards leven – zo blijkt uit een onderzoek uitgevoerd door onderzoekers in de VS onder leiding van Edward Schwieterman aan de Universiteit van Californië, Riverside.
Door gebruik te maken van geavanceerde computermodellen ter ondersteuning van hun voorstel, is het team van mening dat hun werk belangrijke inzichten kan bieden voor exoplaneetstudies door huidige en toekomstige observatoria, waaronder de James Webb Space Telescope (JWST).
Astronomen kennen meer dan 5000 exoplaneten – planeten die rond andere sterren dan de zon draaien – en dat aantal blijft groeien. Naarmate telescopen verbeteren, worden astronomen steeds beter in het bepalen van de samenstelling van de atmosfeer van exoplaneten, en deze metingen spelen een belangrijke rol in de zoektocht naar buitenaards leven. Dit wordt gedaan door spectroscopische metingen te doen aan sterlicht dat door de atmosfeer van exoplaneten is gegaan.
Op zoek naar het leven
We hebben nog nooit leven op een andere planeet gezien, dus we weten niet precies hoe dit de atmosfeer van exoplaneten zou beïnvloeden. In plaats daarvan identificeren astrobiologen chemicaliën in de atmosfeer van de aarde die verband houden met de aanwezigheid van leven en zoeken ze naar deze ‘biosignaturen’.
Dit is waar lachgas (ook bekend als lachgas) een rol speelt. Hoewel het tegenwoordig niet bijzonder gebruikelijk is in de atmosfeer van de aarde, suggereren Schwieterman en collega's dat het gas in eerdere tijdperken van de geschiedenis van de aarde overvloedig aanwezig zou kunnen zijn geweest.
Giftige gassen in de bewoonbare zone kunnen de opkomst van buitenaards leven belemmeren
Lachgas wordt geproduceerd door sommige levende organismen op aarde, dus het is mogelijk dat het aanwezig kan zijn in de atmosfeer van sommige exoplaneten die leven herbergen. Hier op aarde zijn er echter natuurlijke processen die het stikstofoxidegehalte in de atmosfeer zeer laag houden. Op andere planeten zou een overvloed aan lachgas echter het gevolg kunnen zijn van lage niveaus van de metaalkatalysatoren en biologische enzymen die de verbinding afbreken. Een andere mogelijkheid is dat de door sommige exoplaneten ontvangen sterrenstraling niet zo efficiënt is als zonlicht bij het vernietigen van lachgas. Het stikstofoxideniveau zou in dergelijke situaties inderdaad hoog genoeg kunnen zijn om te worden waargenomen door telescopen zoals de JWST.
Het team van Schwieterman heeft dit idee onderzocht door een biogeochemisch model te ontwikkelen dat de waarschijnlijke overvloed aan stikstofoxide in de atmosfeer van aardachtige exoplaneten die rond hoofdreekssterren draaien, kwantificeert. Door hun model te koppelen aan fotochemische en spectrale modellen, berekenden de onderzoekers ook dat lachgas zich binnen een reeks atmosferische omstandigheden kon ophopen tot detecteerbare niveaus. Dit kan onder meer de TRAPPIST-1 systeem, waar maar liefst vier planeten in een baan lijken te draaien binnen de bewoonbare zone van hun koude rode dwerggastster.
Hoewel lachgas ook kan worden geproduceerd door niet-biologische bronnen, zoals blikseminslagen, toonde het team aan dat de geproduceerde hoeveelheden gas ordes van grootte lager zouden zijn dan die geproduceerd door buitenaardse ecosystemen. Op basis van hun resultaten hopen Schwieterman en collega's dat de JWST, samen met andere telescopen die actief op zoek zijn naar tekenen van leven in exoplanetaire atmosferen, lachgas zal toevoegen aan de lijst van levensvatbare biosignaturen, waardoor de ontdekking van buitenaards leven mogelijk een stap dichterbij komt.
Het onderzoek is beschreven in The Astrophysical Journal.
