(Image credit: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted)
Im Jahr 2023 entbrannte in der astronomischen Gemeinschaft eine Debatte darüber, ob Leben auf einem Exoplaneten namens K2-18b existieren könnte. Es begann, als eine Gruppe von Wissenschaftlern eine Studie veröffentlichte, die darauf hindeutete, dass eine bestimmte Chemikalie, Dimethylsulfid (DMS), möglicherweise in der Atmosphäre des Planeten vorhanden ist. Damals wurde kein Konsens erzielt, und die Diskussion hat sich bis in die Gegenwart fortgesetzt. Viele Astronomen fragen sich, ob das DMS-Signal von K2-18b wirklich vertrauenswürdig ist, und zweifeln sogar daran, ob DMS überhaupt ein zuverlässiger Indikator für die Anwesenheit von Leben ist.
Falls nicht, ist die Diskussion über die Bewohnbarkeit von K2-18b vielleicht mehr oder weniger sinnlos.
Nun wirft eine neue Forschung erhebliche Fragen zur ursprünglichen K2-18b-Studie auf – und tatsächlich könnten die Antworten erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb der Erde insgesamt haben. Wissenschaftler glauben, Beweise für DMS auf einem Kometen gefunden zu haben, was bedeutet, dass Leben möglicherweise nicht für dessen Entstehung erforderlich ist. Dies wirft Zweifel an der Verwendung der Chemikalie als Marker für Leben auf.
In einer idealen Welt könnten Forscher nach Leben auf Exoplaneten suchen, indem sie Raumschiffe oder Astronauten zu den Oberflächen dieser Welten schicken, um nach Molekülen zu suchen, die nur durch Leben produziert werden, erklärte Edward Schwieterman, ein Astrobiologe an der University of California in Riverside, der nicht mit den ursprünglichen DMS-Ergebnissen in Verbindung steht. Forscher könnten eine Sonde einsetzen, um nach Dingen wie RNA, DNA und anderen Biomolekülen zu suchen, von denen wir wissen, dass sie mit Leben verbunden sind (wie wir es kennen, natürlich), und könnten ihre Ergebnisse als Beweis für außerirdische Aktivität verwenden.
Allerdings stehen einige große Herausforderungen dieser Strategie im Weg. Zum einen ist es äußerst zeitaufwendig und teuer, Raumfahrzeuge zu anderen Planeten im Sonnensystem zu schicken – geschweige denn darüber hinaus.
Ohne Proben von der Oberfläche eines Planeten zu sammeln, haben wir noch nicht die Technologie, um spezifische biologische Moleküle leicht zu identifizieren. „Moleküle wie DNA können sich einfach nicht in der Atmosphäre eines Exoplaneten ansammeln, sodass sie durch weltraum- oder bodengestützte Teleskope identifizierbar wären“, sagte Schwieterman gegenüber Space.com.
Wissenschaftler sind daher darauf angewiesen, nach Anzeichen von Leben außerhalb der Erde zu suchen, indem sie das nutzen, was Teleskope tatsächlich sehen können – Lichtspektren. Astronomen können Informationen über Lichtwellenlängen sammeln, die durch die Atmosphäre eines Planeten reisen und von ihr blockiert werden. Basierend auf verschiedenen Eigenschaften dieser Wellenlängen können sie fundierte Vermutungen über die Zusammensetzung der Atmosphäre selbst anstellen. Diese Daten „können oft mehrere unterschiedliche Interpretationen haben, also ist das wirklich, wirklich knifflig“, sagte Joanna Barstow, eine Planetenwissenschaftlerin an der Open University, gegenüber Space.com.
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Spectrum of K2-18 b, obtained with Webb’s NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) and NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), displays an abundance of methane and carbon dioxide in the exoplanet’s atmosphere, as well as a possible detection of a molecule called dimethyl sulfide (DMS). The detection of methane and carbon dioxide, and shortage of ammonia, are consistent with the presence of an ocean underneath a hydrogen-rich atmosphere in K2-18 b. K2-18 b, 8.6 times as massive as Earth, orbits the cool dwarf star K2-18 in the habitable zone and lies 120 light-years from Earth. (Image credit: NASA/CSA/ESA/J. Olmstead (STScI)/N. Madhusudhan (Cambridge University))
Eine Chemikalie, die in der Atmosphäre eines Exoplaneten gefunden wird und Forscher dazu veranlasst zu glauben, dass der Planet Leben beherbergen könnte, wird als Biosignatur bezeichnet. Auf der Erde wird DMS hauptsächlich von Bakterien und Phytoplankton in den Ozeanen produziert, daher betrachten viele Astrobiologen es als eine Biosignatur.
Deshalb war es für Nikku Madhusudhan, einen Astrophysiker an der Universität Cambridge und Hauptautor der Studie, die die Debatte über K2-18b angestoßen hat, eine Überraschung, als sein Team Anzeichen von DMS in der Atmosphäre des Planeten entdeckte.
K2-18b umkreist einen Stern, der über 700 Billionen Meilen von der Erde entfernt ist und gilt als potenziell bewohnbar, da er eine beträchtliche Menge an Sternenlicht erhält. Es gibt auch Spekulationen, dass in seiner Atmosphäre Wasserdampf vorhanden sein könnte. Darüber hinaus vermuten Madhusudhan und einige andere Astronomen, dass der Exoplanet milde Temperaturen und einen flüssigen Ozean aufweist – beides entscheidende Faktoren für Leben, wie wir es auf der Erde kennen.
Die Entdeckung von DMS durch Madhusudhans Team schien daher den Fall für Leben auf K2-18b nur noch zu stärken. „Es ist ein schwacher Beweis“, sagte er gegenüber Space.com, aber „wenn sich herausstellt, dass tatsächlich DMS vorhanden ist, dann ist das eine große Sache.“
Aber einige Wissenschaftler akzeptieren nicht, dass das, was Madhusudhan um K2-18b gefunden hat, wirklich DMS war.
„Ich glaube nicht, dass wir bisher überzeugende Beweise für die Anwesenheit von DMS in der Atmosphäre von K2-18b haben“, sagte Schwieterman und führte seinen Verdacht auf das relativ niedrige statistische Vertrauen der neuen Veröffentlichung zurück.
Wenn andere Forscher behaupten, eine Biosignatur entdeckt zu haben, berücksichtigt er zwei Faktoren, bevor er ihnen vertraut. Zuerst bestätigt er, dass das detektierte Signal echt ist – dass die Beobachter tatsächlich das Molekül gefunden haben, von dem sie sprechen. Dann stellt er sicher, dass die Menschen die Entstehung dieses Moleküls der richtigen Quelle zuschreiben – in diesem Fall einer Form von Leben. Schwieterman und viele andere Astronomen glauben, dass Madhusudhans Nachweis von DMS beide Schritte der Überprüfung nicht besteht.
Ryan MacDonald, ein Astrophysiker an der Universität von Michigan, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war, erklärte, dass er molekulare Signaturen mit ähnlichen Konfidenzniveaus gefunden hat, die „vollständig verschwinden“, wenn dieselben Daten durch verschiedene Modelle laufen. Die Ergebnisse der Analyse können sich „je nach den feinen Details der Datenbehandlung ändern“, sagte er gegenüber Space.com und fügte hinzu, dass „wir alle noch lernen“, wie man diese Art von Daten analysiert, da ihre Qualität höher ist als je zuvor. Er müsste stärkere statistische Beweise sehen, um überzeugt zu sein, dass DMS tatsächlich in der Atmosphäre von K2-18b vorhanden ist.
Schwieterman hat auch seine eigenen Bedenken, was die Zuordnung dieses Signals zu DMS betrifft. Er erklärte, dass die spezifische Art und Weise, wie DMS mit Licht interagiert, Signale erzeugen kann, die denen einiger anderer Gase wie Methan ähneln oder sogar Signale, die überhaupt nichts bedeuten. „Es wäre leicht, ein Signal DMS zuzuschreiben, das tatsächlich das Ergebnis eines anderen Gases oder einer Störquelle ist“, sagte er. „Was wir bräuchten, wären viel mehr Daten, um unsere Zuordnung von DMS zu dieser Messung zu bestätigen.“
Madhusudhan verteidigte die Entscheidung seines Teams, ihre Ergebnisse zu veröffentlichen, selbst bei einem relativ niedrigen Konfidenzniveau: „Wenn man ehrlich forscht und ein Signal auf diesem Konfidenzniveau findet, sollte man das melden. Ob man es als potenziellen Beweis betrachtet oder nicht, ist bis zu einem gewissen Grad subjektiv… aber man sollte es trotzdem melden.“
Einige Online-Artikel gingen jedoch so weit zu behaupten, dass die Gruppe möglicherweise außerirdisches Leben auf dem fernen Planeten gefunden habe. Selbst Madhusudhan zögert, solchen Schlussfolgerungen zuzustimmen, selbst vorläufig.
Illustration of exoplanet K2-18 b near its dwarf star. (Image credit: Alex Boersma)
Abgesehen von der Frage, ob DMS tatsächlich nachgewiesen wurde, untersuchen Forscher, ob das Molekül überhaupt ein guter Marker für Leben ist. Der beste Weg, dies zu entscheiden, ist zu prüfen, ob es andere Erklärungen für seine Anwesenheit in einer ausreichend hohen Menge gibt, um beobachtet zu werden, erklärte Barstow.
Es gibt mehrere Fälle, in denen Wissenschaftler Wege gefunden haben, andere Moleküle zu produzieren, die traditionell als Biosignaturen angesehen wurden, ohne dass Leben beteiligt war. Im Jahr 2023 fanden Forscher beispielsweise eine Methode, um Kohlendioxid und Helium in Sauerstoff umzuwandeln, der oft als Indikator für Leben verwendet wird.
Ebenso konnten Chemiker im Jahr 1975 DMS im Labor unter Verwendung von Schwefelwasserstoff, Methan und Elektrizität herstellen, was beweist, dass Leben für dessen Entstehung nicht notwendig ist. (Madhusudhan glaubt nicht, dass dieser Prozess auf K2-18b genug DMS erzeugen würde, um beobachtbar zu sein.)
Im November 2024 veröffentlichte eine separate Forschungsgruppe Beweise für DMS-Signaturen von einem Kometen. Ihre Forschung unterstützt eine neue Idee der DMS-Produktion, die grundlegende Elemente aus dem gesamten Weltraum nutzt und wiederum nicht auf Leben angewiesen ist.
Nora Hänni, eine Chemikerin an der Universität Bern und Hauptuntersuchungsleiterin der neuen Studie, erklärte, wie DMS von Kometen auf Planeten übertragen werden könnte. Ein Komet könnte potenziell auf einem Planeten landen und Chemikalien in dessen Atmosphäre ablagern, sagte sie gegenüber Space.com: „Es könnte also im Grunde wie ein Raumschiff sein.“
„Wenn man [DMS] in einer Atmosphäre nachweisen möchte“, fügte Hänni hinzu, „muss es auch die atmosphärische Chemie und die Bestrahlung überstehen … Vielleicht müsste man eine potenzielle Kontamination direkt nach dem Einschlag beobachten, oder man bräuchte viele Einschläge, damit sich etwas Material ansammeln könnte.“
Viele Unbekannte bleiben bestehen.
Die Eigenschaften des Exoplaneten K2-18b und seiner Atmosphäre sind weitgehend ein Rätsel, daher ist unklar, wie lange – oder ob überhaupt – DMS wirklich überleben könnte. Es gibt auch nur wenige Informationen darüber, wie Kometen außerhalb unseres Sonnensystems funktionieren. Hänni drängt nicht auf die Hypothese, dass Kometen für das DMS auf K2-18b verantwortlich sind, aber sie möchte sicherstellen, dass dieses Szenario als Möglichkeit in Betracht gezogen wird, bevor Schlussfolgerungen aus den DMS-Ergebnissen gezogen werden.
Madhusudhan ist jedoch skeptisch gegenüber der Kometentheorie, und zwar aufgrund der Menge an DMS, die seiner Meinung nach in der Atmosphäre eines Exoplaneten beobachtbar sein müsste. „Wie viel muss man liefern, damit es in einer Planetenatmosphäre beobachtbar ist? Kometen passieren nicht stündlich“, sagte er. Er glaubt, dass für diese Produktionsmethode, um die von ihm gefundene Signatur zu erklären, die Anzahl der Kometen, die auf K2-18b einschlagen und DMS mitbringen, unrealistisch hoch sein müsste.
Es ist klar, dass noch mehr Arbeit geleistet werden muss, bevor ein Konsens darüber erreicht wird, ob diese Signatur echt ist und ob DMS ein zuverlässiges Biosignatur ist. MacDonald erklärte, dass weitere Teleskopbeobachtungen der Atmosphäre von K2-18b mit mehreren Instrumenten der „Goldstandard“ wären, um zu beweisen, ob DMS tatsächlich vorhanden ist.
Und diese Arbeit ist im Gange.
„Wir erhalten mehr Beobachtungen, andere erhalten auch mehr Beobachtungen“, sagte Madhusudhan. „Also werden wir im Laufe des nächsten Jahres sehen, ob das Molekül dort ist oder nicht.“
