I 2020 oppdaget forskere en gass kalt fosfin i atmosfæren til en steinete planet på størrelse med jorden. Ettersom forskerne ikke visste om noen måte at fosfin kunne produseres unntatt gjennom biologiske prosesser, "hevder forskerne at noe som nå er i live er den eneste forklaringen på kjemikaliets kilde," New York Times rapportert. Når "biosignaturgasser" går, virket fosfinen som en hjemmekjøring.

Helt til det ikke var det.

Planeten var Venus, og påstanden om en potensiell biosignatur på den venusiske himmelen er fortsatt fast i kontrovers, selv år senere. Forskere kan ikke bli enige om hvorvidt fosfin i det hele tatt er tilstede der, enn si om det ville være sterke bevis på en fremmed biosfære på tvillingplaneten vår.

Det som viste seg å være vanskelig for Venus, vil bare være vanskeligere for eksoplaneter mange lysår unna.

NASAs James Webb Space Telescope (JWST), som ble lansert i 2021, har allerede sendt tilbake data om den atmosfæriske sammensetningen av en mellomstor eksoplanet kalt K2-18 b som noen har tolket - kontroversielt - som mulig bevis på liv. Men selv om håpet om en biosignaturdeteksjon øker, begynner noen forskere å spørre åpent om gasser i atmosfæren til en eksoplanet noen gang vil være overbevisende bevis for romvesener.

En rekke nyere artikler utforsker de skremmende usikkerhetene i deteksjon av eksoplanets biosignatur. En nøkkelutfordring de identifiserer er hva vitenskapsfilosofen Peter Vickers ved Durham University kaller problemet med uutsette alternativer. Enkelt sagt, hvordan kan forskere være sikre på at de har utelukket enhver mulig ikke-biologisk forklaring på tilstedeværelsen av en gass - spesielt så lenge eksoplanetgeologi og kjemi forblir nesten like mystisk som fremmed liv?

"Nye ideer blir utforsket hele tiden, og det kan være en abiotisk mekanisme for dette fenomenet som bare ikke har blitt unnfanget ennå," sa Vickers. "Det er problemet med uuttenkte alternativer innen astrobiologi."

"Det er litt av denne elefanten i rommet," sa astronomen Daniel Angerhausen fra Swiss Federal Institute of Technology Zürich, som er en prosjektforsker på LIFE-oppdraget, et foreslått romteleskop som vil søke etter biosignaturgasser på jordlignende eksoplaneter.

Hvis eller når forskere oppdager en antatt biosignaturgass på en fjern planet, kan de bruke en formel kalt Bayes' teorem for å beregne sjansen for liv der basert på tre sannsynligheter. To har med biologi å gjøre. Den første er sannsynligheten for at liv dukker opp på den planeten gitt alt annet som er kjent om den. Den andre er sannsynligheten for at hvis det er liv, vil det skape biosignaturen vi observerer. Begge faktorene har betydelige usikkerhetsmomenter, ifølge astrobiologene Cole Mathis ved Arizona State University og Harrison Smith fra Earth-Life Science Institute ved Tokyo Institute of Technology, som utforsket denne typen resonnement i en papir sist høst.

Den tredje faktoren er sannsynligheten for at en livløs planet produserer det observerte signalet - en like alvorlig utfordring, innser forskere nå, som er viklet inn i problemet med uuttenkte abiotiske alternativer.

"Det er sannsynligheten for at vi hevder at du ikke kan fylle ut ansvarlig," sa Vickers. "Det kan nesten variere fra alt fra null til 1."

Tenk på tilfellet med K2-18 b, en "mini-Neptun" som er mellomstor mellom Jorden og Neptun. I 2023 avslørte JWST-data et statistisk svakt tegn på dimetylsulfid (DMS) i atmosfæren. På jorden produseres DMS av marine organismer. Forskerne som oppdaget det foreløpig på K2-18 b tolket de andre gassene som ble oppdaget på himmelen til å bety at planeten er en "vannverden" med et beboelig overflatehav, og støtter deres teori om at DMS der kommer fra livet i havet. Men andre forskere tolker de samme observasjonene som bevis på en ugjestmild, gassformig planetsammensetning mer lik Neptuns.

Uuttenkte alternativer har allerede tvunget astrobiologer flere ganger til å revidere ideene sine om hva som gjør en god biosignatur. Da fosfin var oppdaget på Venus, visste ikke forskerne om noen måter det kunne produseres på i en livløs steinete verden. Siden den gang har de identifisert flere mulige abiotiske kilder til gassen. Et scenario er at vulkaner frigjør kjemiske forbindelser kalt fosfider, som kan reagere med svoveldioksid i Venus atmosfære for å danne fosfin - en plausibel forklaring gitt at forskere har funnet bevis på aktiv vulkanisme på tvillingplaneten vår. På samme måte ble oksygen ansett som en biosignaturgass frem til 2010-tallet, da forskere inkludert Victoria Meadows ved NASA Astrobiology Institutes Virtual Planetary Laboratory begynte å finne måter som steinete planeter kunne samler oksygen uten biosfære. For eksempel, oksygen kan dannes fra svoveldioksid, som florerer på så forskjellige verdener som Venus og Europa.

I dag har astrobiologer stort sett forlatt ideen om at en enkelt gass kan være en biosignatur. I stedet fokuserer de på å identifisere "ensembler", eller sett med gasser som ikke kunne eksistere sammen uten liv. Hvis noe kan kalles dagens gullstandard biosignatur, så er det kombinasjonen av oksygen og metan. Metan brytes raskt ned i oksygenrike atmosfærer. På jorden eksisterer de to gassene bare sammen fordi biosfæren kontinuerlig fyller på dem.

Så langt har forskere ikke klart å komme opp med en abiotisk forklaring på oksygen-metan-biosignaturer. Men Vickers, Smith og Mathis tviler på at dette spesielle paret - eller kanskje en hvilken som helst blanding av gasser - noen gang vil være overbevisende. "Det er ingen måte å være sikker på at det vi ser på faktisk er en konsekvens av livet, i motsetning til en konsekvens av en ukjent geokjemisk prosess," sa Smith.

"JWST er ikke en livsdetektor. Det er et teleskop som kan fortelle oss hvilke gasser som er i atmosfæren til en planet, sa Mathis.

Sarah Rugheimer, en astrobiolog ved York University som studerer eksoplanetatmosfærer, er mer sangvinsk. Hun ser aktivt på alternative abiotiske forklaringer for ensemblebiosignaturer som oksygen og metan. Likevel sier hun: "Jeg ville åpnet en flaske champagne - veldig dyr champagne - hvis vi så oksygen, metan og vann og CO₂" på en eksoplanet.

Å skjenke drinker over et spennende resultat privat er selvfølgelig annerledes enn å fortelle verden at de har funnet romvesener.

Rugheimer og de andre forskerne som snakket med Quanta for denne historien lurer på hvordan man best kan snakke offentlig om usikkerheten rundt biosignaturer - og de lurer på hvordan svingninger i astrobiologisk mening om en gitt deteksjon kan undergrave offentlig tillit til vitenskapen. De er ikke alene om bekymringen. Da Venus-fosfin-sagaen beveget seg mot et klimaks i 2021, ba NASA-administratorer og forskere astrobiologimiljøet om å etablere faste standarder for sikkerhet i biosignaturdeteksjon. I 2022, hundrevis av astrobiologer kom sammen for et virtuelt verksted for å diskutere problemet - selv om det fortsatt ikke finnes noen offisiell standard for, eller til og med definisjon av, en biosignatur. "Akkurat nå er jeg ganske glad for at vi alle var enige, først og fremst, at dette er litt av et problem," sa Angerhausen.

Forskningen går videre til tross for usikkerhet - som den burde, sier Vickers. Å løpe inn i blindveier og måtte gå tilbake er naturlig for et nystartet felt som astrobiologi. "Dette er noe som folk bør prøve å bedre forstå om hvordan vitenskap fungerer generelt," sa Smith. "Det er greit å oppdatere det vi vet." Og dristige påstander om biosignaturer har en måte å tenne bål under forskere for å forfalske dem, sier Smith og Vickers - for å gå på jakt etter uante alternativer.

"Vi vet fortsatt ikke hva i helvete som skjer på Venus, og så selvfølgelig føles det håpløst," sa astrokjemikeren Clara Sousa-Silva fra Bard College, en ekspert på fosfin som hjalp til med å oppdage Venus. For henne er neste trinn klart: "La oss tenke på Venus igjen." Astronomer ignorerte praktisk talt Venus i flere tiår. Kontroversen om biosignatur utløste nye anstrengelser, ikke bare for å oppdage tidligere uoverveide abiotiske kilder til fosfin, men også for å bedre forstå vår søsterplanet i seg selv. (I det minste fem oppdrag til Venus er planlagt for de kommende tiårene.) "Jeg tror det også er kilden til håp for eksoplaneter."