In 2020 ontdekten wetenschappers een gas genaamd fosfine in de atmosfeer van een rotsachtige planeet ter grootte van de aarde. Omdat ze op geen enkele manier wisten dat fosfine geproduceerd zou kunnen worden behalve via biologische processen, ‘beweren de wetenschappers dat iets dat nu leeft de enige verklaring is voor de bron van de chemische stof’. New York Times gemeld. Zoals ‘biosignatuurgassen’ heten, leek fosfine een thuisrun.

Totdat het niet zo was.

De planeet was Venus, en de bewering over een mogelijke biosignatuur aan de hemel van Venus is zelfs jaren later nog steeds controversieel. Wetenschappers zijn het er niet over eens of fosfine daar überhaupt aanwezig is, laat staan ​​of dit een sterk bewijs zou zijn van een buitenaardse biosfeer op onze tweelingplaneet.

Wat moeilijk bleek te zijn voor Venus, zal alleen maar moeilijker zijn voor exoplaneten op vele lichtjaren afstand.

NASA's James Webb Space Telescope (JWST), die in 2021 werd gelanceerd, heeft al gegevens teruggestuurd over de atmosferische samenstelling van een middelgrote exoplaneet genaamd K2-18 b, die sommigen – controversieel – hebben geïnterpreteerd als mogelijk bewijs van leven. Maar zelfs nu de hoop op detectie van biosignaturen toeneemt, beginnen sommige wetenschappers zich openlijk af te vragen of gassen in de atmosfeer van een exoplaneet ooit overtuigend bewijs zullen zijn voor buitenaardse wezens.

Een hele reeks recente artikelen onderzoeken de enorme onzekerheden bij de detectie van de biosignatuur van exoplaneten. Een belangrijke uitdaging die zij identificeren is wat de wetenschapsfilosoof zegt Peter Vickers aan de Universiteit van Durham noemt de probleem van onbedachte alternatieven. Simpel gezegd: hoe kunnen wetenschappers er zeker van zijn dat ze elke mogelijke niet-biologische verklaring voor de aanwezigheid van een gas hebben uitgesloten – vooral zolang de geologie en chemie van exoplaneten bijna net zo mysterieus blijven als buitenaards leven?

"Er worden voortdurend nieuwe ideeën onderzocht, en er zou een abiotisch mechanisme voor dat fenomeen kunnen bestaan ​​dat nog niet is bedacht," zei Vickers. “Dat is het probleem van onbedachte alternatieven in de astrobiologie.”

“Het is een beetje een olifant in de kamer”, zei de astronoom Daniël Angerhausen van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie Zürich, een projectwetenschapper van de LIFE-missie, een voorgestelde ruimtetelescoop die zou zoeken naar biosignatuurgassen op aardachtige exoplaneten.

Als of wanneer wetenschappers een vermeend biosignatuurgas op een verre planeet detecteren, kunnen ze een formule genaamd de stelling van Bayes gebruiken om de kans op leven daar te berekenen op basis van drie waarschijnlijkheden. Twee hebben te maken met biologie. De eerste is de waarschijnlijkheid dat er leven op die planeet zal ontstaan, gegeven al het andere dat erover bekend is. De tweede is de waarschijnlijkheid dat, als er leven is, dit de biosignatuur zou creëren die we waarnemen. Beide factoren brengen volgens de astrobiologen aanzienlijke onzekerheden met zich mee Cole Mathis van de Arizona State University en Harrison Smith van het Earth-Life Science Institute van het Tokyo Institute of Technology, die dit soort redeneringen onderzocht in a papier laatste val.

De derde factor is de waarschijnlijkheid dat een levenloze planeet het waargenomen signaal produceert – een even serieuze uitdaging, zo beseffen onderzoekers nu, die verwikkeld is in het probleem van onontdekte abiotische alternatieven.

"Dat is de waarschijnlijkheid waarvan wij beweren dat je deze niet op verantwoorde wijze kunt invullen", zei Vickers. “Het kan bijna variëren van nul tot 1.”

Neem het geval van K2-18 b, een 'mini-Neptunus' die qua grootte tussen de aarde en Neptunus in ligt. In 2023 onthulden JWST-gegevens een statistisch zwak teken van dimethylsulfide (DMS) in de atmosfeer. Op aarde wordt DMS geproduceerd door mariene organismen. De onderzoekers die heeft het voorlopig gedetecteerd op K2-18 b interpreteerde de andere gassen die in de lucht werden ontdekt zo dat de planeet een ‘waterwereld’ is met een bewoonbare oppervlakte-oceaan, wat hun theorie ondersteunde dat het DMS daar afkomstig is van het leven in zee. Maar andere wetenschappers interpreteren dezelfde waarnemingen als bewijs van een onherbergzame, gasvormige planetaire samenstelling die meer lijkt op die van Neptunus.

Onbedachte alternatieven hebben astrobiologen al meerdere keren gedwongen hun ideeën over wat een goede biosignatuur is, te herzien. Toen fosfine nog bestond gedetecteerd op Venuswisten wetenschappers geen enkele manier waarop het geproduceerd kon worden op een levenloze rotsachtige wereld. Sindsdien hebben ze verschillende mogelijke oplossingen geïdentificeerd abiotische bronnen van het gas. Eén scenario is dat vulkanen chemische verbindingen vrijgeven die fosfiden worden genoemd en die zouden kunnen reageren met zwaveldioxide in de atmosfeer van Venus om fosfine te vormen – een plausibele verklaring gezien het feit dat wetenschappers bewijs hebben gevonden van actief vulkanisme op onze tweelingplaneet. Op dezelfde manier werd zuurstof tot de jaren 2010 beschouwd als een biosignatuurgas, toen onderzoekers, waaronder Victoria Meadows van het Virtual Planetary Laboratory van het NASA Astrobiology Institute begon vinden manieren dat rotsachtige planeten dat zouden kunnen zuurstof ophopen zonder biosfeer. Bijvoorbeeld, zuurstof kan ontstaan van zwaveldioxide, dat overvloedig aanwezig is op werelden zo divers als Venus en Europa.

Tegenwoordig hebben astrobiologen het idee grotendeels verlaten dat een enkel gas een biosignatuur zou kunnen zijn. In plaats daarvan concentreren ze zich op het identificeren van 'ensembles', of sets van gassen die zonder leven niet naast elkaar zouden kunnen bestaan. Als er iets de huidige gouden standaard biosignatuur kan worden genoemd, dan is het de combinatie van zuurstof en methaan. Methaan wordt snel afgebroken in zuurstofrijke atmosferen. Op aarde bestaan ​​de twee gassen alleen naast elkaar omdat de biosfeer ze voortdurend aanvult.

Tot nu toe zijn wetenschappers er niet in geslaagd een abiotische verklaring te bedenken voor de biosignaturen van zuurstof en methaan. Maar Vickers, Smith en Mathis betwijfelen of dit specifieke paar – of misschien een mengsel van gassen – ooit overtuigend zal zijn. "Er is geen manier om er zeker van te zijn dat waar we naar kijken daadwerkelijk een gevolg is van het leven, in tegenstelling tot een gevolg van een onbekend geochemisch proces," zei Smith.

“JWST is geen levensdetector. Het is een telescoop die ons kan vertellen welke gassen zich in de atmosfeer van een planeet bevinden”, aldus Mathis.

Sara Rugheimer, een astrobioloog aan de Universiteit van York die de atmosfeer van exoplaneten bestudeert, is optimistischer. Ze onderzoekt actief alternatieve abiotische verklaringen voor ensemble-biosignaturen zoals zuurstof en methaan. Toch zegt ze: ‘Ik zou een fles champagne openklappen – heel dure champagne – als we zuurstof, methaan en water en CO zouden zien.₂” op een exoplaneet.

Privé een drankje inschenken bij een opwindend resultaat is natuurlijk iets anders dan de wereld vertellen dat ze buitenaardse wezens hebben gevonden.

Rugheimer en de andere onderzoekers die spraken Quanta voor dit verhaal vragen ze zich af hoe ze het beste in het openbaar kunnen praten over de onzekerheid rond biosignaturen – en ze vragen zich af hoe schommelingen in de astrobiologische opinie over een bepaalde detectie het publieke vertrouwen in de wetenschap kunnen ondermijnen. Ze zijn niet de enigen die zich zorgen maken. Terwijl de Venus-fosfine-saga in 2021 een climax naderde, smeekten NASA-bestuurders en wetenschappers de astrobiologische gemeenschap om stevige normen vast te stellen voor zekerheid bij de detectie van biosignaturen. In 2022, honderden astrobiologen kwamen samen voor een virtuele workshop om de kwestie te bespreken – hoewel er nog steeds geen officiële standaard is voor, of zelfs maar een definitie van, een biosignatuur. "Op dit moment ben ik best blij dat we het er in de eerste plaats allemaal over eens zijn dat dit een beetje een probleem is", zei Angerhausen.

Ondanks de onzekerheid gaat het onderzoek vooruit – zoals het hoort, zegt Vickers. Tegen doodlopende wegen aanlopen en terug moeten keren is normaal voor een nieuw vakgebied als de astrobiologie. “Dit is iets dat mensen zouden moeten proberen beter te begrijpen hoe de wetenschap in het algemeen werkt,” zei Smith. “Het is oké om te updaten wat we weten.” En gedurfde beweringen over biosignaturen kunnen wetenschappers in vuur en vlam zetten om ze te vervalsen, zeggen Smith en Vickers – om op jacht te gaan naar onbedachte alternatieven.

"We weten nog steeds niet wat er op Venus gebeurt, en dus voelt het natuurlijk hopeloos", zegt astrochemicus Clara Sousa-Silva van Bard College, een expert op het gebied van fosfine die heeft geholpen bij het maken van de Venus-detectie. Voor haar is de volgende stap duidelijk: “Laten we nog eens aan Venus denken.” Astronomen negeerden Venus decennialang praktisch. De controverse over de biosignatuur leidde niet alleen tot nieuwe pogingen om voorheen ondoordachte abiotische bronnen van fosfine te ontdekken, maar ook om onze zusterplaneet op zichzelf beter te begrijpen. (Ten minste vijf missies naar Venus staan ​​gepland voor de komende decennia.) “Ik denk dat dit ook de bron van hoop is voor exoplaneten.”