De zoektocht naar buitenaards leven is ongetwijfeld een van de meest diepgaande wetenschappelijke inspanningen van onze tijd. Als buitenaards biologisch leven wordt gevonden in de buurt van een andere wereld in de buurt van een andere ster, zullen we eindelijk leren dat leven buiten ons zonnestelsel mogelijk is. Het vinden van sporen van buitenaardse biologie in verre werelden is buitengewoon moeilijk. Maar astronomen ontwikkelen nieuwe technieken die zullen worden gebruikt door de volgende generatie krachtige telescopen om nauwkeurig materie in de atmosfeer van exoplaneten te meten. De hoop is natuurlijk om bewijzen van buitenaards leven te vinden.
De zoektocht naar exoplaneten heeft de laatste tijd veel aandacht gekregen, mede dankzij de ontdekking van zeven kleine buitenaardse werelden die rond een kleine ster cirkelen, de rode dwerg TRAPPIST-1. Drie van deze exoplaneten draaien in een baan in de potentieel bewoonbare zone van de ster. Dat wil zeggen, in een gebied in de buurt van een ster waar het niet te warm en niet te koud zal zijn om water in vloeibare vorm te laten bestaan.
Overal op aarde, waar vloeibaar water is, is leven, dus als ten minste een van de potentieel bewoonde werelden van TRAPPIST-1 water bezit, kan er leven op zijn.
Maar het levenspotentieel van TRAPPIST-1 blijft pure speculatie. Ondanks het feit dat dit verbazingwekkende sterrenstelsel zich in de achtertuin van onze melkweg bevindt, hebben we geen idee of er water in de atmosfeer van een van deze werelden bestaat. We weten niet eens of ze een atmosfeer hebben. Alles wat we weten is hoe lang exoplaneten in een baan om de aarde zijn geweest en wat hun fysieke afmetingen zijn.
"De eerste ontdekking van biosignaturen in andere werelden is misschien wel een van de belangrijkste wetenschappelijke ontdekkingen van ons leven", zegt Garrett Rouen, een astronoom aan het California Institute of Technology. "Dit zal een belangrijke stap zijn in de richting van het beantwoorden van een van de grootste vragen van de mensheid: zijn we alleen?"
Rouen werkt bij Caltech's Exoplanetary Technology Laboratory, ET Lab, dat nieuwe strategieën ontwikkelt voor het vinden van exoplanetaire biosignaturen zoals zuurstof- en methaanmoleculen. Typisch reageren moleculen zoals deze actief met andere chemicaliën en vallen ze snel uiteen in de planetaire atmosfeer. Daarom, als astronomen een spectroscopische "vingerafdruk" van methaan vinden in de atmosfeer van een exoplaneet, kan dit betekenen dat buitenaardse biologische processen verantwoordelijk zijn voor de productie ervan.
Helaas kunnen we niet zomaar 's werelds krachtigste telescoop nemen en hem op TRAPPIS-1 richten om te zien of de atmosferen van deze planeten methaan bevatten.
Promotie video:
"Om moleculen in de atmosfeer van exoplaneten te kunnen detecteren, moeten astronomen het licht van de planeet kunnen analyseren zonder volledig verblind te worden door het licht van een nabije ster", zegt Rouen.
Gelukkig zijn rode dwergsterren (of M-dwergen) zoals TRAPPIST-1 koel en zwak, dus het probleem zal minder ernstig zijn. En aangezien deze sterren het meest voorkomende type sterren in onze melkweg zijn, besteden wetenschappers bij hun zoektocht naar ontdekkingen veel aandacht aan rode dwergen.
Astronomen gebruiken een instrument dat bekend staat als een coronagraaf om gereflecteerd sterlicht van een exoplaneet te isoleren. Zodra de coronagraaf het zwakke licht van de exoplaneet opvangt, analyseert een lage resolutie spectrometer de chemische vingerafdrukken van die wereld. Helaas is deze technologie beperkt tot het bestuderen van alleen de grootste exoplaneten die van hun sterren weg draaien.
De nieuwe technieken van ET Lab gebruiken een coronagraaf, optische vezels en een spectrometer met hoge resolutie die samenwerken om de gloed van de ster te benadrukken en een gedetailleerde chemische afdruk vast te leggen van elke wereld in zijn baan. Deze techniek staat bekend als high-dispersion coronography (HDC) en heeft het potentieel om een revolutie teweeg te brengen in ons begrip van de diversiteit van exoplanetaire atmosferen. Een werk over dit onderwerp is gepubliceerd in The Astronomy Journal.
"Wat HDC zo krachtig maakt, is dat het de spectrale signatuur van een planeet kan onthullen, zelfs wanneer deze in het heldere licht van een ster is begraven", zegt Rouen. "Hierdoor kunnen moleculen worden gedetecteerd in de atmosfeer van planeten die buitengewoon moeilijk te visualiseren zijn."
"De truc is om het licht op te splitsen in meerdere signalen en zo te creëren wat astronomen een spectrum met hoge resolutie noemen, dat helpt om de signatuur van de planeet te onderscheiden van de rest van het sterlicht."
Het enige wat je nu nodig hebt, is een krachtige telescoop om het systeem aan te sluiten.
Eind jaren 2020 wordt de Thirty-Meter Telescope 's werelds grootste optische telescoop op de grond, en bij gebruik in combinatie met HDC kunnen astronomen de atmosfeer van potentieel bewoonbare werelden in een baan om rode dwergen verkennen.
"Het vinden van zuurstof en methaan in de atmosfeer van terrestrische planeten in een baan om M-dwergen zoals Proxima Centauri b door de Thirty Meter Telescope zal buitengewoon opwindend zijn", zegt Rouen. "We hebben nog veel te leren over de potentiële bewoonbaarheid van deze planeten, maar het kan heel goed zijn dat deze planeten op de aarde lijken."
Er wordt geschat dat er 58 miljard rode dwergen in onze melkweg zijn, en van de meeste is bekend dat ze planeten hebben, dus wanneer de dertig meter lange telescoop in werking treedt, zullen astronomen veel kunnen vinden dat voorheen ontoegankelijk was.
In 2016 ontdekten astronomen een exoplaneet ter grootte van de aarde in een baan om de dichtstbijzijnde M-dwerg van de aarde, Proxima Centauri. Proxima b draait ook in de potentieel bewoonbare zone van zijn ster, waardoor het een belangrijk doelwit is voor de zoektocht naar buitenaards leven. Op slechts vier lichtjaar afstand plaagt Proxima b ons letterlijk met de mogelijkheid om het ergens in de toekomst te bezoeken.
ILYA KHEL