Sinds de lancering van de James Webb Space Telescope (JWST) is onze blik op het universum drastisch veranderd. Waar we voorheen voornamelijk het bestaan van exoplaneten – planeten buiten ons zonnestelsel – konden bevestigen, stelt JWST ons nu in staat om daadwerkelijk in hun atmosferen te kijken. De ultieme heilige graal van deze zoektocht? Het vinden van biosignaturen: chemische aanwijzingen die duiden op de aanwezigheid van buitenaards leven.
Wat is een biosignatuur?
Een biosignatuur is een stof, patroon of fenomeen dat alleen kan worden verklaard door de aanwezigheid van biologische processen. In de context van exoplaneten zoeken astronomen vooral naar specifieke gassen in de atmosfeer die door levende organismen worden uitgestoten.
Het is echter zelden zo simpel dat één enkel gas het sluitende bewijs levert. Leven laat zich het best raden door een chemische onbalans (disequilibrium). Een atmosfeer waarin gassen aanwezig zijn die normaal gesproken met elkaar zouden reageren en verdwijnen (zoals methaan en zuurstof), wijst op een actieve bron die deze gassen constant aanvult. En die bron zou zomaar biologisch kunnen zijn.
De kracht van transmissiespectroscopie
JWST reist niet naar deze planeten toe; ze staan immers lichtjaren van ons vandaan. In plaats daarvan maakt de telescoop gebruik van een techniek genaamd transmissiespectroscopie.
Wanneer een exoplaneet vanaf de aarde gezien voor zijn moederster langs beweegt (een transit), dringt een klein deel van het sterrenlicht door de atmosfeer van de planeet heen. Verschillende gassen absorberen specifieke golflengten van dit licht.
JWST splitst dit opgevangen licht met zijn geavanceerde instrumenten (zoals NIRSpec en MIRI) op in een spectrum. De resulterende “vingerafdruk” verraadt exact welke moleculen er in de atmosfeer zweven. Dankzij de ongeëvenaarde gevoeligheid van JWST in het infrarode spectrum kunnen we nu moleculen detecteren die voorheen onzichtbaar bleven.
De belangrijkste doelwitten in de kosmische kosmos
De zoektocht richt zich met name op rotsachtige planeten in de ‘leefbare zone’ – de regio rond een ster waar de temperatuur precies goed is voor vloeibaar water.
1. Het TRAPPIST-1 Ssysteem
Dit legendarische stelsel, op slechts 40 lichtjaar afstand, bevat maar liefst zeven rotsachtige planeten die om een rode dwergster draaien. Verschillende van deze planeten, zoals TRAPPIST-1e en 1f, bevinden zich in de leefbare zone. JWST heeft de afgelopen tijd al gegevens verzameld over hun atmosferen om te kijken of ze überhaupt een atmosfeer kunnen vasthouden, wat de eerste cruciale stap is voor de ontwikkeling van leven.
2. K2-18b: een oceaanwereld?
Een van de meest opwindende ontdekkingen van JWST tot nu toe is de analyse van de atmosfeer van K2-18b, een exoplaneet die 8,6 keer zo zwaar is als de aarde. JWST detecteerde hier koolstofdioxide en methaan, wat suggereert dat het hier om een ‘Hycean’-planeet zou kunnen gaan: een planeet bedekt met oceanen onder een waterstofrijke atmosfeer.
Nog intrigerender was de mogelijke detectie van dimethylsulfide (DMS). Op aarde wordt dit molecuul alleen geproduceerd door levende organismen (met name fytoplankton in de oceanen). Hoewel dit signaal nog definitief bevestigd moet worden, laat het zien hoe dichtbij JWST ons brengt bij het vinden van biologische sporen.
De uitdaging: ‘False Positives’
De zoektocht is niet zonder gevaren van misleidende resultaten. Veel gassen die door leven worden geproduceerd, kunnen ook ontstaan door niet-biologische processen (abiotisch).
- Methaan kan worden uitgestoten door koeien en bacteriën, maar evengoed door vulkanische activiteit of geochemische reacties in de diepzee.
- Zuurstof kan ontstaan door fotosynthese, maar ook wanneer ultraviolet licht van een ster watermoleculen in de atmosfeer van een planeet splitst.
Astronomen moeten dus de gehele context van de planeet begrijpen – de activiteit van de ster, de interactie met de planeet en de precieze verhoudingen van alle gassen – om te voorkomen dat we een dode, vulkanische wereld aanzien voor een levende oase.
De conclusie
We staan aan de vooravond van een historische doorbraak. Hoewel de James Webb Telescoop wellicht niet het onomstotelijke, 100% sluitende bewijs van buitenaards leven zal leveren, legt hij wel het fundament. JWST bewijst dat de chemische bouwstenen van het leven en de oceanen elders in de kosmos aanwezig zijn. De zoektocht naar biosignaturen is veranderd van theoretische sciencefiction in harde, observationele wetenschap.
