År 2020 upptäckte forskare en gas som kallas fosfin i atmosfären på en stenig planet i jordstorlek. Eftersom forskarna inte visste om något sätt att fosfin skulle kunna produceras utom genom biologiska processer, "försäkrar forskarna att något som nu lever är den enda förklaringen till kemikaliens källa", New York Times rapporterad. När "biosignaturgaser" går, verkade fosfinet som en hemkörning.

Tills det inte var det.

Planeten var Venus, och påståendet om en potentiell biosignatur på Venushimlen är fortfarande fast i kontroverser, även år senare. Forskare kan inte komma överens om huruvida fosfin ens finns där, än mindre om det skulle vara starka bevis på en främmande biosfär på vår tvillingplanet.

Det som visade sig vara svårt för Venus kommer bara att bli svårare för exoplaneter många ljusår bort.

NASA:s James Webb Space Telescope (JWST), som lanserades 2021, har redan skickat tillbaka data om atmosfärens sammansättning av en medelstor exoplanet kallad K2-18 b som vissa har tolkat - kontroversiellt - som möjliga bevis på liv. Men även när förhoppningarna om en biosignaturdetektering stiger, börjar vissa forskare öppet fråga om gaser i atmosfären på en exoplanet någonsin kommer att vara övertygande bevis för utomjordingar.

En rad nya tidningar utforskar de skrämmande osäkerheterna i detektion av exoplaneters biosignatur. En viktig utmaning som de identifierar är vad vetenskapsfilosofen Peter Vickers vid Durham University anropar problem med outtänkta alternativ. Enkelt uttryckt, hur kan forskare vara säkra på att de har uteslutit alla möjliga icke-biologiska förklaringar till närvaron av en gas - särskilt så länge som exoplanetgeologi och kemi förblir nästan lika mystisk som främmande liv?

"Nya idéer utforskas hela tiden, och det kan finnas någon abiotisk mekanism för det fenomenet som bara inte har uppfattats ännu," sa Vickers. "Det är problemet med outtänkta alternativ inom astrobiologi."

"Det är lite av den här elefanten i rummet," sa astronomen Daniel Angerhausen från det schweiziska federala tekniska institutet Zürich, som är en projektforskare på LIFE-uppdraget, ett föreslaget rymdteleskop som skulle söka efter biosignaturgaser på jordliknande exoplaneter.

Om eller när forskare upptäcker en förmodad biosignaturgas på en avlägsen planet, kan de använda en formel som kallas Bayes teorem för att beräkna chansen att liv existerar där baserat på tre sannolikheter. Två har med biologi att göra. Den första är sannolikheten att liv dyker upp på den planeten med tanke på allt annat som är känt om den. Den andra är sannolikheten att, om det finns liv, skulle det skapa den biosignatur vi observerar. Båda faktorerna medför betydande osäkerheter, enligt astrobiologerna Cole Mathis vid Arizona State University och Harrison Smith från Earth-Life Science Institute vid Tokyo Institute of Technology, som utforskade denna typ av resonemang i en papper förra hösten.

Den tredje faktorn är sannolikheten att en livlös planet producerar den observerade signalen - en lika allvarlig utmaning, inser forskare nu, som är trasslad i problemet med ofattbara abiotiska alternativ.

"Det är sannolikheten att vi hävdar att du inte kan fylla i på ett ansvarsfullt sätt," sa Vickers. "Det kan nästan variera från allt från noll till 1."

Tänk på fallet med K2-18 b, en "mini-Neptunus" som är mellanstor mellan jorden och Neptunus. År 2023 avslöjade JWST-data ett statistiskt svagt tecken på dimetylsulfid (DMS) i dess atmosfär. På jorden produceras DMS av marina organismer. Forskarna som upptäckte det preliminärt på K2-18 b tolkade de andra gaserna som upptäcktes på dess himmel som att planeten är en "vattenvärld" med ett beboeligt ythav, vilket stöder deras teori att DMS där kommer från marint liv. Men andra forskare tolkar samma observationer som bevis på en ogästvänlig, gasformig planetarisk sammansättning mer lik Neptunus.

Outtänkta alternativ har redan tvingat astrobiologer flera gånger att revidera sina idéer om vad som gör en bra biosignatur. När fosfin var upptäckt på Venus, visste forskarna inte om några sätt att den kunde produceras i en livlös stenig värld. Sedan dess har de identifierat flera möjliga abiotiska källor till gasen. Ett scenario är att vulkaner frigör kemiska föreningar som kallas fosfider, som kan reagera med svaveldioxid i Venus atmosfär för att bilda fosfin - en rimlig förklaring med tanke på att forskare har hittat bevis på aktiv vulkanism på vår tvillingplanet. På samma sätt ansågs syre vara en biosignaturgas fram till 2010-talet, då forskare inklusive Victoria Meadows vid NASA Astrobiology Institutes Virtual Planetary Laboratory började att hitta sätt som steniga planeter kunde samlar syre utan biosfär. Till exempel, syre kan bildas från svaveldioxid, som finns i överflöd på så olika världar som Venus och Europa.

Idag har astrobiologer i stort sett övergivit tanken att en enda gas skulle kunna vara en biosignatur. Istället fokuserar de på att identifiera "ensembler" eller uppsättningar av gaser som inte skulle kunna samexistera utan liv. Om något kan kallas dagens guldstandard biosignatur så är det kombinationen av syre och metan. Metan bryts snabbt ned i syrerika atmosfärer. På jorden existerar de två gaserna bara eftersom biosfären kontinuerligt fyller på dem.

Hittills har forskare inte lyckats komma med en abiotisk förklaring till syre-metan biosignaturer. Men Vickers, Smith och Mathis tvivlar på att just detta par – eller kanske någon blandning av gaser – någonsin kommer att vara övertygande. "Det finns inget sätt att vara säker på att det vi tittar på faktiskt är en konsekvens av livet, i motsats till en konsekvens av någon okänd geokemisk process," sade Smith.

"JWST är ingen livsdetektor. Det är ett teleskop som kan berätta för oss vilka gaser som finns i atmosfären på en planet, säger Mathis.

Sarah Rugheimer, en astrobiolog vid York University som studerar exoplanetatmosfärer, är mer sansad. Hon undersöker aktivt alternativa abiotiska förklaringar till ensemblebiosignaturer som syre och metan. Ändå säger hon, "Jag skulle öppna en flaska champagne - mycket dyr champagne - om vi såg syre, metan och vatten och koldioxid₂” på en exoplanet.

Att hälla drinkar över ett spännande resultat privat är naturligtvis annorlunda än att berätta för världen att de har hittat utomjordingar.

Rugheimer och de andra forskarna som talade med Quanta för denna berättelse undrar hur man bäst pratar offentligt om osäkerheten kring biosignaturer - och de undrar hur förändringar i astrobiologiska åsikter om en given upptäckt kan undergräva allmänhetens förtroende för vetenskapen. De är inte ensamma om sin oro. När Venus-fosfinsagan rörde sig mot en klimax 2021, bad NASA-administratörer och forskare astrobiologiska samfundet att fastställa fasta standarder för säkerhet vid upptäckt av biosignaturer. År 2022, hundratals astrobiologer samlades för en virtuell workshop för att diskutera frågan – även om det fortfarande inte finns någon officiell standard för, eller ens definition av, en biosignatur. "Just nu är jag ganska glad att vi alla var överens, först och främst, att det här är lite av ett problem," sa Angerhausen.

Forskningen går framåt trots osäkerhet - som den borde, säger Vickers. Att springa in i återvändsgränder och behöva backa är naturligt för ett spirande område som astrobiologi. "Detta är något som folk borde försöka förstå bättre om hur vetenskap fungerar överlag," sa Smith. "Det är OK att uppdatera vad vi vet." Och djärva påståenden om biosignaturer har ett sätt att tända eld under vetenskapsmän för att förfalska dem, säger Smith och Vickers - att gå på jakt efter oanade alternativ.

"Vi vet fortfarande inte vad fan som händer på Venus, och så naturligtvis känns det hopplöst", säger astrokemisten Clara Sousa-Silva från Bard College, en expert på fosfin som hjälpte till att göra Venus-detekteringen. För henne är nästa steg klart: "Låt oss tänka på Venus igen." Astronomer ignorerade praktiskt taget Venus i årtionden. Kontroversen om biosignaturen utlöste nya ansträngningar, inte bara för att upptäcka tidigare oövervägda abiotiska källor till fosfin, utan också för att bättre förstå vår systerplanet i sin egen rätt. (Minst fem uppdrag till Venus är planerade för de kommande decennierna.) "Jag tror att det också är källan till hopp för exoplaneter."