Wanneer de bemanningsleden van het sterrenschip Enterprise in een baan om een nieuwe planeet trekken, is een van de eerste dingen die ze doen scannen op levensvormen. Hier in de echte wereld proberen onderzoekers al lang uit te zoeken hoe ze ondubbelzinnig tekenen van leven kunnen detecteren op verre exoplaneten.
Ze zijn nu een stap dichter bij dit doel, dankzij een nieuwe teledetectietechniek die vertrouwt op een eigenaardigheid van biochemie waardoor het licht in een bepaalde richting spiraalsgewijs gaat en een redelijk onmiskenbaar signaal produceert. De methode, beschreven in een recent artikel dat is gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiology, kan worden gebruikt aan boord van op de ruimte gebaseerde observatoria en wetenschappers helpen te leren of het universum levende wezens zoals wij bevat.
In de afgelopen jaren is de detectie van leven op afstand een enorm onderwerp geworden, aangezien astronomen licht beginnen op te vangen van planeten die om andere sterren draaien, die kunnen worden geanalyseerd om te bepalen wat voor soort chemicaliën die werelden bevatten. Onderzoekers willen een indicator bedenken die hen definitief kan vertellen of ze al dan niet naar een levende biosfeer kijken.
Zo kan de aanwezigheid van overmatige zuurstof in de atmosfeer van een exoplaneet een goede aanwijzing zijn dat er iets op het oppervlak ademt. Maar er zijn tal van manieren waarop niet-levende processen zuurstofmoleculen kunnen genereren en waarnemers op afstand kunnen doen geloven dat een wereld vol leven zit.
Daarom hebben sommige onderzoekers voorgesteld om te zoeken naar ketens van organische moleculen. Deze levende chemicaliën zijn er in twee arrangementen: een rechtshandige en een linkshandige versie die als spiegelbeeldige beelden van elkaar zijn. In het wild produceert de natuur gelijke hoeveelheden van deze rechts- en linkshandige moleculen.
"Biologie doorbreekt deze symmetrie", vertelde Frans Snik, astronoom aan de Universiteit Leiden in Nederland en co-auteur van het nieuwe artikel, aan WordsSideKick.com. 'Dit is het verschil tussen scheikunde en biologie.'
Op aarde selecteren levende wezens één moleculaire "hand" en houden die vast. De aminozuren waaruit de eiwitten in je lichaam bestaan, zijn allemaal linkshandige versies van hun respectieve moleculen.
Wanneer licht interageert met lange ketens van deze verschillende handen, wordt het circulair gepolariseerd, wat betekent dat de elektromagnetische golven ofwel met de klok mee of tegen de klok in spiralen zullen reizen. Anorganische moleculen geven deze eigenschap over het algemeen niet aan lichtstralen.
In eerder werk, gepubliceerd in het Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, keken Snik en zijn collega's naar vers geplukte Engelse klimopbladeren in hun laboratorium en zagen ze hoe het chlorofyl (een groen pigment) circulair gepolariseerd licht creëerde. Naarmate de bladeren vervielen, werd het circulaire polarisatiesignaal zwakker en zwakker, totdat het volledig verdween.
De volgende stap was het testen van de techniek in het veld en daarom namen de onderzoekers een instrument dat zulke polariteit detecteert naar het dak van hun gebouw aan de Vrije Universiteit Amsterdam en richtten het op een nabijgelegen sportveld. Ze waren perplex om geen circulair gepolariseerd licht te zien, zei Snik, totdat ze zich realiseerden dat dit een van de weinige sportvelden in Nederland was die kunstgras gebruikte. Toen de onderzoekers hun detector richtten op een bos een paar kilometer verderop, kwam het circulair gepolariseerde signaal luid en duidelijk door.
De vraag van een miljoen dollar is of organismen op een andere wereld al dan niet een soortgelijk voorkeur voor losse moleculen zouden vertonen, zei Snik. Hij is van mening dat het een redelijk goede gok is, omdat op koolstof gebaseerde chemicaliën het beste bij elkaar passen als ze allemaal dezelfde handigheid hebben.
Zijn team ontwerpt nu een instrument dat naar het internationale ruimtestation ISS kan worden gevlogen en brengt het circulaire polarisatiesignaal van de aarde in kaart om beter te begrijpen hoe een analoge handtekening eruit zou kunnen zien in het licht van een verre planeet.
Dat zal een extreme maar waardevolle uitdaging zijn, vertelde Edward Schwieterman, een astronoom en astrobioloog aan de University of California, Riverside die niet bij het werk betrokken was, aan WordsSideKick.com. Het vangen van het licht van een exoplaneet betekent het blokkeren van het licht van de moederster, die meestal ongeveer 10 miljard keer helderder is, voegde hij eraan toe. Als de wereld leeft, bevat slechts een klein deel van het licht het circulaire polarisatiesignaal.
"Het signaal is klein, maar het niveau van ambiguïteit is ook klein", zei Schwieterman, wat de methode ondanks zijn moeilijkheid nuttig maakte.
Toekomstige enorme ruimtetelescopen, zoals het grote UV Optical Infrared Surveyor (LUVOIR) observatorium, zouden deze zwakke signatuur misschien kunnen uitdagen. LUVOIR is nog steeds slechts een concept, maar zou een spiegeldiameter hebben die zes keer groter is dan die van de Hubble-ruimtetelescoop en waarschijnlijk halverwege de jaren 2030 zou kunnen vliegen, schatten functionarissen.
Snik denkt dat de circulaire polarisatietechniek ook dichter bij huis kan worden toegepast, op een instrument dat naar mogelijk bewoonbare manen in het buitenste zonnestelsel zoals Europa of Enceladus wordt gevlogen. Door zo'n detector op deze bevroren werelden te richten, kunnen wetenschappers het signaal van levende wezens zien.
'Misschien is onze eerste ontdekking van buitenaards leven wel in onze achtertuin', zei Snik.
Noot van de redacteur: dit verhaal werd gecorrigeerd om vast te stellen dat het onderzoeksteam van Snik hun veldexperimenten uitvoerde aan de Vrije Universiteit Amsterdam, niet aan de Universiteit Leiden. Het is ook bijgewerkt met een link naar de definitieve gepubliceerde versie van Snik's onderzoek in de Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.
