Außerirdisches Lebenszeichen oder nicht? Ende 2023 berichteten Astronomen von einer potenziellen Biosignatur auf dem extrasolaren Wasserplaneten K2-18b – Spuren der typischerweise von Organismen erzeugten Schwefelverbindung Dimethylsulfid. Wie verlässlich diese Detektion ist, haben Forscher nun überprüft – mit gemischtem Ergebnis: Zwar könnte außerirdisches Leben nachweisbare Mengen dieses Gases auf solchen Ozeanwelten produzieren. Eine Bestätigung kann aber erst eine künftige Messung im mittleren Infrarot liefern.
In unserer näheren kosmischen Umgebung gibt es gleich mehrere potenziell lebensfreundliche Wasserplaneten. Diese sogenannten hyceanischen Welten besitzen wahrscheinlich einen tiefen, globalen Ozean und eine vorwiegend aus Wasserstoff bestehende Atmosphäre. Potenzielle Vertreter solcher habitablen Ozeanplaneten sind die 100 Lichtjahre entfernte Supererde TOI-1452b und der rund 120 Lichtjahre entfernte Exoplanet K2-18b.
Verräterische Spektralsignatur auf K2-18b
Theoretisch könnte sich unter den Bedingungen dieser Wasserplaneten Leben entwickelt haben – ähnlich wie einst auf der Urerde. „K2-18b erhält fast die gleiche Menge Sonneneinstrahlung wie die Erde. Und auch die Temperatur könnte erdähnlich sein – was eine ideale Situation für die Entstehung von Leben wäre“, erklärt Erstautor Shang-Min Tsai von der University of California in Riverside. Doch ob es auf dem Hycean-Planeten tatsächlich außerirdisches Leben gibt, ist offen.
Umso spannender ist deshalb eine potenzielle Biosignatur vom Ozeanplaneten K2-189b, die Astronomen 2023 mit dem Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) des James-Webb-Teleskops eingefangen haben. In ihren Daten entdeckten sie die Spektralsignaturen von Methan, Kohlendioxid – und Dimethylsulfid ((CH3)2S, DMS). „Das war gewissermaßen die Kirsche auf der Torte“, sagt Tsai. Denn Dimethylsulfid ist typischerweise biogenen Ursprungs.
Auf der Erde wird DMS vom Meeresplankton und beim Abbau organischer Substanzen erzeugt. Das Molekül ist der Hauptlieferant für atmosphärischen Schwefel, dient als Wolkenkeim und erzeugt den typischen Meeresgeruch.
Wie verlässlich ist der Nachweis?
Sollten Astronomen tatsächlich Dimethylsulfid auf dem Wasserplaneten K2-18b nachgewiesen haben, könnte dies ein Hinweis auf außerirdisches Leben sein. Allerdings: „Das DMS-Signal vom Webb-Teleskop war nicht sonderlich stark und zeigte sich nur, wenn die Daten auf ganz spezielle Weise analysiert wurden“, erklärt Tsai. „Wir wollten deshalb wissen, wie sicher dieser Hinweis auf Dimethylsulfid wirklich ist.“
Für ihre Studie haben Tsai und sein Team den Wasserplaneten K2-18b und seine mögliche Biochemie mithilfe mehrerer Modelle rekonstruiert. In diesen bildeten sie Ozean und Gashülle nach und testeten dann, wie viel Dimethylsulfid außerirdische Meeresorganismen erzeugen müssten, damit es sich in der Atmosphäre anreichert. Außerdem prüften sie, wie schnell das DMS durch Strahlung wieder abgebaut wird und wo in der Gashülle es sich sammelt.
Eine Detektion wäre möglich…
Das Ergebnis: „Unsere Modelle zeigen, dass sich biogene Schwefelgase auf solchen wasserstoffreichen Wasserwelten prinzipiell bis auf detektierbare Konzentrationen anreichern können“, berichten Tsai und seine Kollegen. Aber dies wäre nur dann der Fall, wenn die Produktion von DMS durch außerirdische Organismen mindestens 20-mal höher ist als auf der heutigen Erde.
Der Grund: Ein großer Teil des DMS wird unter dem Einfluss von Sonnenlicht durch photochemische Zersetzung direkt wieder abgebaut. Bei höheren Konzentrationen – wie sie für einen Ozeanplaneten durchaus denkbar wären – kommt es jedoch zu einem Schutzeffekt durch die Abbauprodukte des Dimethylsulfids, wie die Astronomen erklären. Diese Moleküle, darunter Dimethyldisulfid (DMDS) und Methanthiol (CH3SH), schirmen dann die unteren Bereiche der Atmosphäre ab und schützen das DMS vor weiterem Abbau.
..aber nicht mit NIRSpec
Doch es kommt noch etwas hinzu: Die 2023 detektierte Dimethylsulfid-Signatur auf K2-18b stammte vom Nahinfrarot-Spektrometer (NIRSpec) des James-Webb-Teleskops und zeigte sich in einer Spektrallinie bei 3,4 Mikrometer Wellenlänge. „Damit überlappt das Signal aber stark mit dem von Methan und wir denken daher, dass dieses Instrument nicht geeignet ist, um die DMS-Signatur nachzuweisen“, sagt Tsai. Die Werte beider Moleküle seien nicht eindeutig zu trennen.
Ein eindeutiger Nachweis wäre aber prinzipiell möglich, betonen die Forscher. Denn das Dimethylsulfid und seine Begleitprodukte erzeugen auch eine Signatur im mittleren Infrarotbereich zwischen neun und 13 Mikrometer Wellenlänge. In diesem Bereich arbeitet das MIRI-Spektrometer des Webb-Teleskops – und dieses soll die Wasserwelt K2-18b noch in diesem Jahr genauer untersuchen.
Mehr Klarheit schon in naher Zukunft
Zusammengenommen kommen Tsai und sein Team zu dem Schluss, dass außerirdisches Leben auf Hycean-Planeten wie K2-18b durchaus nachweisbare Biosignaturen erzeugen könnte. Aber die bisherigen potenziellen Detektionen von Dimethylsulfid auf der wasserstoffreichen Wasserwelt K2-18b sind wahrscheinlich nicht stichhaltig. Umso spannender werden die Resultate der künftigen Analysen mit dem MIRI-Instrument sein. (The Astrophysical Journal Letters, 2024; doi: 10.3847/2041-8213/ad3801)
Quelle: University of California – Riverside
