En dat kan de zoektocht naar buitenaards leven versnellen.

In de zoektocht naar buitenaards leven richten onderzoekers vaak hun pijlen op de aanwezigheid van zuurstof op een planeet. En dat is niet zonder reden. Op aarde zou immers leven zonder zuurstof niet bestaan. De detectie ervan in de atmosfeer van een exoplaneet is echter geen gemakkelijke opgave; daar zijn hele gevoelige telescopen voor nodig. Maar onderzoekers hebben nu deze spannende zoektocht nét wat makkelijker gemaakt.

Botsende zuurstofmoleculen
Onderzoekers ontwikkelden een interessante methode waardoor botsende zuurstofmoleculen in de atmosfeer van een exoplaneet makkelijker opgespoord kunnen worden. “We ontdekten een ‘spectrale signatuur’ van zuurstof die gebruikt kan worden voor onderzoek naar exoplaneten,” zegt onderzoeksleider Thomas Fauchez tegen Scientias.nl. Om een inkijkje te krijgen in de atmosfeer van een exoplaneet, gebruiken astronomen een speciale methode. “Als de planeet voor de moederster langs beweegt, sijpelt het licht van de ster door de atmosfeer en wordt geabsorbeerd door verschillende gassen,” legt Fauchez uit. “Elk van hen absorbeert een specifieke golflengte in het spectrum. Dit kun je vergelijken met een regenboog, waarin licht in vele kleuren wordt afgebroken.” Door de vingerafdruk van het sterrenlicht te analyseren, kunnen onderzoekers achterhalen wat de chemische samenstelling van een buitenaardse atmosfeer precies is.


Spectrale signatuur
Wanneer zuurstofmoleculen met elkaar botsen, blokkeren ze delen van het infrarood lichtspectrum zodat ze niet door een telescoop kunnen worden waargenomen. Door patronen in dat licht te onderzoeken kunnen astronomen vervolgens de samenstelling van de atmosfeer van een planeet achterhalen. In de huidige studie berekenden de onderzoekers hoeveel licht zou worden geblokkeerd door de botsende zuurstofmoleculen. “We ontdekten dat de absorptie van zuurstof plaatsvindt op een golflengte van 6,4 micrometer,” vertelt Fauchez. Met behulp van de veelbelovende James Webb Telescoop kunnen onderzoekers deze signalen gaan oppikken. Dat maakt het natuurlijk veel makkelijker om zuurstofrijke planeten te ontdekken. “Vóór ons onderzoek wisten we niet dat zuurstof met de James Webb te detecteren zou zijn,” zegt Fauchez. Maar dankzij de specifieke aanwijzingen gaat dat mogelijk nu wel lukken. “De spectrale signatuur van zuurstof is al sinds de jaren tachtig bekend, maar is nog nooit meegenomen in studies naar exoplaneten.”

Meer over de James Webb Telescoop
James Webb is de krachtigste ruimtetelescoop die ooit gebouwd is. Astronomen hopen dat deze meer inzicht geeft in het ontstaan van het universum. Tevens zal deze naar verwachting een grote rol gaan spelen in de zoektocht naar buitenaards leven; de telescoop kan de atmosfeer van exoplaneten uitpluizen en daarin zoeken naar signalen van leven. James Webb wordt gezien als opvolger van de Hubble-ruimtetelescoop. Deze werd in 1990 gelanceerd en is nog altijd actief. Zo’n lang werkzaam leven staat James Webb niet te wachten. De telescoop is ontworpen om vijf tot tien jaar onderzoek te doen en zal in het gunstigste geval in ieder geval niet meer dan vijftien jaar meegaan. Met de bouw van de telescoop is rond de negen miljard dollar gemoeid.

In de zoektocht naar buitenaards leven, onderzoeken astronomen vaak of een planeet eventueel zuurstof kan herbergen. “Het is een goed uitgangspunt voor het zoeken naar leven zoals wij dat kennen,” zegt Fauchez. Dat komt doordat veel organismen zoals planten, algen en bacteriën op aarde aan fotosynthese doen en licht, water en CO2 omzetten in zuurstof. Wanneer een exoplaneet dus zuurstof herbergt, zou dit mogelijk kunnen betekenen dat er op de betreffende planeet soortgelijke vormen van leven te vinden zijn. “Bovendien tonen modellen aan dat zuurstof erg vluchtig is in de atmosfeer van een planeet; het wordt snel weer opgeruimd,” gaat Fauchez verder. “Als we dus zuurstof detecteren in de atmosfeer van een rotsachtige planeet die in de leefbare zone rond zijn ster cirkelt, dan betekent dit dat er een krachtig mechanisme is dat de hoeveelheid zuurstof weer aanvult. En leven is daarvoor de beste kandidaat.”

Abiotische wijze
Toch moeten we hiermee voorzichtig zijn. De aanwezigheid van zuurstof in de atmosfeer van exoplaneten betekent namelijk niet automatisch dat er op die planeten leven te vinden is. Dat komt omdat zuurstof ook op abiotische wijze – dus in afwezigheid van leven – kan ontstaan. Als een exoplaneet te dicht bij zijn ster in de buurt ligt of heel veel straling ontvangt, wordt de atmosfeer heel warm en raakt verzadigd met waterdamp uit oceanen. Dit water kan vervolgens door sterke ultraviolette straling worden afgebroken tot atomaire waterstof en zuurstof. Het betekent dat we nog niet te hard moeten juichen als we een planeet met zuurstof ontdekken. Daarnaast weten onderzoekers nog niet precies hoe vaak zuurstof dat op abiotische wijze is ontstaan in het heelal voorkomt. Toch zijn de onderzoekers hoopvol. De bevindingen uit de huidige studie kunnen wetenschappers namelijk helpen om onderscheid te maken tussen levende en niet-levende planeten. “Het is belangrijk om te weten of en hoeveel dode planeten zuurstof genereren,” zegt onderzoeker Edward Schwieterman. “Op die manier kunnen we beter herkennen wanneer een planeet leeft of niet.”


Artistieke impressie van een waterrijke planeet (links) en een droge planeet (rechts) met zuurstofrijke atmosferen. De rode bol stelt een rode dwergster voor. De droge exoplaneet ligt dichterbij zijn moederster in de buurt, waardoor de ster groter is. Afbeelding: NASA/GSFC/Friedlander-Griswold)

Zuurstofrijke planeten
De vraag is natuurlijk hoeveel planeten daadwerkelijk zuurstof herbergen. “Ik denk dat we veel zuurstofrijke exoplaneten gaan vinden,” zegt Fauchez, “maar niet noodzakelijkerwijs binnen de leefbare zone of op een bewoonbare planeet.” Het betekent dat we in de jacht op buitenaards leven ook nog andere zaken in ogenschouw moeten nemen dan alleen de hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer. Op de vraag of we deze eeuw nog buitenaards leven gaan ontdekken is de onderzoeker voorzichtig optimistisch. “Ik denk dat we grote kans maken op bijvoorbeeld de manen Europa, Enceladus en Titan,” somt Fauchez op. “Buiten het zonnestelsel gaat het lastiger worden maar met toekomstige ruimtetelescopen zoals HabEx en LUVOIR is het niet uit te sluiten. Al denk ik niet dat dat nog vóór 2040 zal lukken.”

De veelbelovende James Webb Telescoop zal volgend jaar het luchtruim kiezen en zal dan dus ook op zoek gaan naar zuurstofrijke planeten. Het belooft een enerverende en spannende missie te worden, met waarschijnlijk veel nieuwe ontdekkingen tot gevolg. “Ik kijk erg naar de lancering uit,” zegt Fauchez. “Ik denk dat het echt een doorbraak in de astronomie gaat worden.”