Spektrum von K2-18 b, aufgenommen mit Webbs NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) und NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), zeigt eine Fülle von Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre des Exoplaneten sowie einen möglichen Nachweis eines Moleküls namens Dimethylsulfid (DMS). Der Nachweis von Methan und Kohlendioxid sowie der Mangel an Ammoniak stimmen mit der Existenz eines Ozeans unter einer wasserstoffreichen Atmosphäre auf K2-18 b überein. K2-18 b, 8,6-mal so massereich wie die Erde, umkreist den kühlen Zwergstern K2-18 in der habitablen Zone und liegt 120 Lichtjahre von der Erde entfernt. (Bildnachweis: 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. Auslöser war eine Veröffentlichung einer Gruppe von Wissenschaftlern, die darauf hindeutete, dass eine bestimmte chemische Verbindung, Dimethylsulfid (DMS), in der Atmosphäre des Planeten vorhanden sein könnte. Damals wurde kein Konsens erzielt, und die Diskussion dauert bis heute an. 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 Leben ist.
Falls nicht, könnte die Diskussion über die Bewohnbarkeit von K2-18b mehr oder weniger sinnlos sein.
Neue Forschungen stellen die ursprüngliche Studie zu K2-18b grundlegend in Frage. Tatsächlich könnten die Antworten erhebliche Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb der Erde insgesamt haben. Wissenschaftler glauben, Hinweise auf DMS in einem Kometen gefunden zu haben, was bedeutet, dass für dessen Entstehung möglicherweise kein Leben erforderlich ist. Dies wirft Zweifel an der Verwendung dieser Chemikalie als Indikator für Leben auf.
In einer idealen Welt könnten Forscher nach Leben auf Exoplaneten suchen, indem sie Raumschiffe oder Astronauten zu deren Oberflächen schicken, um nach Molekülen zu suchen, die ausschließlich durch Leben entstehen, erklärte Edward Schwieterman, ein Astrobiologe an der University of California in Riverside, der nicht mit den ursprünglichen DMS-Ergebnissen in Verbindung steht. Sie könnten eine Sonde einsetzen, um nach RNA, DNA und anderen Biomolekülen zu suchen, von denen wir wissen, dass sie mit Leben verbunden sind (so wie wir es kennen), und ihre Funde als Hinweis auf außerirdische Aktivität nutzen.
Allerdings gibt es einige große Herausforderungen, die dieser Strategie im Weg stehen. Zum einen ist es äußerst zeitaufwendig und kostspielig, Raumsonden zu anderen Planeten im Sonnensystem zu schicken – ganz zu schweigen von Zielen außerhalb davon.
Ohne Proben von der Oberfläche eines Planeten zu sammeln, haben wir noch nicht die Technologie, um spezifische biologische Moleküle einfach zu identifizieren. „Moleküle wie DNA können sich in der Atmosphäre eines Exoplaneten nicht so ansammeln, dass sie durch weltraum- oder erdgestützte Teleskope erkennbar wären“, erklärte Schwieterman.
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 wandern und dabei teilweise 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, was es wirklich sehr knifflig macht“, erklärte Joanna Barstow, eine Planetenwissenschaftlerin an der Open University.
Spektrum von K2-18 b, aufgenommen mit Webbs NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) und NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), zeigt eine Fülle von Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre des Exoplaneten sowie einen möglichen Nachweis eines Moleküls namens Dimethylsulfid (DMS). Der Nachweis von Methan und Kohlendioxid sowie der Mangel an Ammoniak stimmen mit der Existenz eines Ozeans unter einer wasserstoffreichen Atmosphäre auf K2-18 b überein. K2-18 b, 8,6-mal so massereich wie die Erde, umkreist den kühlen Zwergstern K2-18 in der habitablen Zone und liegt 120 Lichtjahre von der Erde entfernt. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted)
Ein chemischer Stoff, der 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, weshalb viele Astrobiologen es als Biosignatur betrachten.
Deshalb war es für Nikku Madhusudhan, Astrophysiker an der Universität Cambridge und Hauptautor der Studie, die die Debatte über K2-18b auslöste, 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. Aufgrund der Menge an Sternenlicht, die er empfängt, gilt er als potenziell bewohnbar. Es gibt auch Spekulationen, dass Wasserdampf in seiner Atmosphäre vorhanden ist. 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 von der Erde kennen.
Die Entdeckung von DMS durch Madhusudhans Team schien daher die Argumente für Leben auf K2-18b zu untermauern. „Es ist ein schwacher Hinweis“, sagte er, „aber wenn sich herausstellt, dass dort tatsächlich DMS vorhanden ist, dann wäre das eine große Sache.“
Einige Wissenschaftler bezweifeln jedoch, dass es sich bei dem, was Madhusudhan um K2-18b entdeckt hat, tatsächlich um DMS handelt.
„Ich glaube nicht, dass wir bisher überzeugende Beweise für die Anwesenheit von DMS in der Atmosphäre von K2-18b haben“, sagte Schwieterman. Seine Skepsis begründete er mit der relativ geringen statistischen Zuverlässigkeit der neuen Veröffentlichung.
Wenn andere Forscher behaupten, eine Biosignatur entdeckt zu haben, prüft er zwei Aspekte, bevor er ihnen vertraut. Zuerst stellt er sicher, dass das gemessene Signal tatsächlich real ist – dass die Beobachter wirklich das Molekül gefunden haben, von dem sie sprechen. Anschließend überprüft er, ob die Entstehung dieses Moleküls der richtigen Quelle zugeschrieben wird – in diesem Fall einer Form von Leben. Schwieterman und viele andere Astronomen sind der Ansicht, dass Madhusudhans Nachweis von DMS beide Überprüfungsschritte nicht besteht.
Ryan MacDonald, ein Astrophysiker an der University of Michigan, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war, erklärte, dass er molekulare Signaturen mit ähnlichem Vertrauensniveau gefunden hat, die „vollständig verschwinden“, wenn dieselben Daten durch verschiedene Modelle laufen. Die Ergebnisse der Analyse können sich „je nach den feinen Details der Datenverarbeitung ändern“, sagte er und fügte hinzu, dass „wir alle noch lernen“, wie man diese Art von Daten analysiert, da ihre Qualität höher ist als je zuvor. Er bräuchte stärkere statistische Belege, um überzeugt zu sein, dass DMS tatsächlich in der Atmosphäre von K2-18b vorhanden ist.
Schwieterman hat ebenfalls Bedenken, dieses Signal DMS zuzuordnen. Er erklärte, dass die spezifische Art und Weise, wie DMS mit Licht interagiert, Signale erzeugen kann, die denen anderer Gase wie Methan ähneln – oder sogar Signale, die überhaupt nichts bedeuten. „Es wäre leicht, ein Signal fälschlicherweise DMS zuzuschreiben, obwohl es eigentlich von einem anderen Gas oder einer Störquelle stammt“, sagte er. „Was wir brauchen, sind deutlich mehr Daten, um die Zuordnung von DMS zu dieser Messung zu bestätigen.“
Madhusudhan verteidigte die Entscheidung seines Teams, die Ergebnisse zu veröffentlichen, selbst bei einer relativ niedrigen Vertrauenswürdigkeit: „Wenn man ehrlich forscht und ein Signal auf diesem Vertrauensniveau 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 berichten.“
Einige Online-Artikel gingen sogar so weit zu behaupten, dass die Gruppe möglicherweise außerirdisches Leben auf dem fernen Planeten entdeckt habe. Selbst Madhusudhan zögert, solchen Schlussfolgerungen zuzustimmen, selbst vorläufig.
Spektrum von K2-18 b, aufgenommen mit Webbs NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) und NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), zeigt eine Fülle von Methan und Kohlendioxid in der Atmosphäre des Exoplaneten sowie einen möglichen Nachweis eines Moleküls namens Dimethylsulfid (DMS). Der Nachweis von Methan und Kohlendioxid sowie der Mangel an Ammoniak stimmen mit der Existenz eines Ozeans unter einer wasserstoffreichen Atmosphäre auf K2-18 b überein. K2-18 b, 8,6-mal so massereich wie die Erde, umkreist den kühlen Zwergstern K2-18 in der habitablen Zone und liegt 120 Lichtjahre von der Erde entfernt. (Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted)
Abgesehen von der Frage, ob DMS tatsächlich nachgewiesen wurde, untersuchen Forscher, ob das Molekül überhaupt ein guter Indikator für Leben ist. Barstow erklärte, dass der beste Weg, dies zu entscheiden, darin besteht, zu prüfen, ob es andere Erklärungen für seine Anwesenheit in einer ausreichend hohen Konzentration gibt, um beobachtet zu werden.
Es gibt mehrere Fälle, in denen Wissenschaftler Wege gefunden haben, Moleküle zu erzeugen, die traditionell als Biosignaturen gelten, ohne dabei auf Leben zurückzugreifen. So entdeckten Forscher im Jahr 2023 beispielsweise eine Methode, Kohlendioxid und Helium in Sauerstoff umzuwandeln – ein Gas, das oft als Indikator für Leben verwendet wird.
Ähnlich gelang es Chemikern im Jahr 1975, DMS im Labor mithilfe von Schwefelwasserstoff, Methan und Elektrizität herzustellen. Dies bewies, dass Leben für die Entstehung von DMS nicht notwendig ist. (Madhusudhan hält es jedoch für unwahrscheinlich, dass dieser Prozess auf K2-18b genug DMS erzeugen würde, um nachweisbar zu sein.)
Im November 2024 veröffentlichte eine unabhängige Forschungsgruppe Hinweise auf DMS-Signaturen von einem Kometen. Ihre Untersuchungen stützen eine neue Theorie zur Entstehung von DMS, die auf grundlegenden Elementen aus dem Weltraum basiert und erneut nicht auf Leben angewiesen ist.
Nora Hänni, Chemikerin an der Universität Bern und Hauptautorin der neuen Studie, erklärte, wie DMS von Kometen auf Planeten übertragen werden könnte. Ein Komet könnte auf einem Planeten landen und chemische Stoffe in dessen Atmosphäre ablagern. „Im Grunde könnte er wie ein Raumschiff fungieren“, so Hänni.
„Wenn man [DMS] in einer Atmosphäre nachweisen möchte“, fügte Hänni hinzu, „muss es auch die atmosphärische Chemie und die Strahlung überstehen. Vielleicht müsste man eine mögliche Kontamination direkt nach dem Einschlag beobachten, oder es bräuchte zahlreiche Einschläge, damit sich Material ansammeln könnte.“
Viele Fragen bleiben offen.
Die Eigenschaften des Exoplaneten K2-18b und seiner Atmosphäre sind weitgehend ein Rätsel. Daher ist unklar, wie lange – oder ob überhaupt – DMS dort tatsächlich überleben könnte. Auch gibt es nur wenige Informationen darüber, wie Kometen außerhalb unseres Sonnensystems funktionieren. Hänni vertritt nicht die These, dass Kometen für das DMS auf K2-18b verantwortlich sind, möchte aber sicherstellen, dass dieses Szenario als Möglichkeit in Betracht gezogen wird, bevor Schlussfolgerungen aus den DMS-Ergebnissen gezogen werden.
Madhusudhan steht der Kometentheorie jedoch skeptisch gegenüber, da er der Ansicht ist, dass die Menge an DMS, die in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweisbar wäre, unrealistisch hoch sein müsste. „Wie viel müsste man liefern, damit es in einer Planetenatmosphäre überhaupt beobachtbar wäre? Kometen stürzen nicht stündlich ein“, erklärte er. Er glaubt, dass die Anzahl der Kometen, die auf K2-18b einschlagen und dabei DMS mitbringen müssten, um seine Beobachtungen zu erklären, unrealistisch hoch wäre.
Es ist offensichtlich, dass noch viel Arbeit nötig ist, bevor ein Konsens darüber erreicht wird, ob dieses Signal echt ist und ob DMS ein verlässlicher Biomarker darstellt. MacDonald erklärte, dass weitere Teleskopbeobachtungen der Atmosphäre von K2-18b mit verschiedenen Instrumenten der „Goldstandard“ wären, um zu beweisen, ob DMS tatsächlich vorhanden ist.
Und diese Arbeit ist bereits im Gange.
„Wir sammeln weitere Beobachtungsdaten, und auch andere Teams tun das“, sagte Madhusudhan. „Im Laufe des nächsten Jahres werden wir sehen, ob das Molekül tatsächlich vorhanden ist oder nicht.“
