Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside sugerują, że na typowej liście substancji chemicznych, których astrobiolodzy używają do poszukiwania życia na planetach wokół innych gwiazd, brakuje czegoś, tj. gazu rozweselającego.

Związki chemiczne w atmosferze planety, które mogą wskazywać na życie, zwane biosygnaturami, zazwyczaj obejmują gazy, których obficie występuje w dzisiejszej ziemskiej atmosferze.

„Odnotowano wiele spekulacji na temat tlenu i metanu jako biosygnatur. Mniej badaczy poważnie rozważało podtlenek azotu, ale uważamy, że może to być błąd” – powiedział Eddie Schwieterman, astrobiolog z Wydziału Nauk o Ziemi i Planetarnych UCR. Ten wniosek i prace modelowe, które do niego doprowadziły, są szczegółowo opisane w artykule opublikowanym w The Astrophysical Journal.

Schwiterman, aby to osiągnąć, kierował zespołem naukowców, którzy określili, ile żywych organizmów podtlenku azotu może wytworzyć na planecie podobnej do Ziemi. Następnie stworzyli modele symulujące tę planetę wokół różnych typów gwiazd i określili ilość N2O, którą można wykryć za pomocą obserwatorium, takiego jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba.

„W systemie gwiezdnym takim jak TRAPPIST-1, najbliższym i najlepszym systemie do obserwacji atmosfer planet skalistych, można potencjalnie wykryć podtlenek azotu na poziomie porównywalnym do CO2 lub metanu” – powiedział Schwieterman.

Żywe istoty mogą wytwarzać podtlenek azotu lub N2O na kilka sposobów. Mikroorganizmy nieustannie przekształcają inne związki azotu w N2O, proces metaboliczny, który może zapewnić użyteczną energię komórkową.

„Życie wytwarza odpady azotowe, które niektóre mikroorganizmy przekształcają w azotany. W akwarium te azotany gromadzą się, więc trzeba zmienić wodę” – powiedział Schwieterman. „Jednak w odpowiednich warunkach w oceanie niektóre bakterie mogą przekształcić te azotany w N2O” – wyjaśnił Schwieterman. „Wtedy gaz przedostaje się do atmosfery”.

W pewnych okolicznościach N2O może znajdować się w atmosferze i nadal nie wskazuje na obecność życia. Zespół Schwitermana wziął to pod uwagę podczas modelowania. Niewielką ilość podtlenku azotu tworzy np. piorun, ale wraz z N2O piorun wytwarza również dwutlenek azotu, co może dać astrobiologom wskazówkę, że ten gaz wytworzyły martwe warunki pogodowe lub procesy geologiczne.

Inni, którzy uznali N2O za gaz biosygnaturowy, często dochodzą do wniosku, że trudno byłoby go wykryć z tak dużej odległości. Schwiterman wyjaśnił, że wniosek ten opiera się na dzisiejszych stężeniach N2O w ziemskiej atmosferze. Ponieważ nie ma ich zbyt wiele na tej planecie tętniącej życiem, niektórzy uważają, że trudno byłoby je znaleźć gdziekolwiek indziej.

„Ten wniosek nie uwzględnia okresów w historii Ziemi, kiedy warunki oceaniczne pozwalały na znacznie większe biologiczne uwalnianie N2O. Warunki w tych okresach mogą odzwierciedlać dzisiejszy stan egzoplanety” – powiedział Schwiterman.

Schwieterman dodał, że zwykłe gwiazdy, takie jak karły K i M, wytwarzają spektrum światła, które jest mniej skuteczne w niszczeniu cząsteczki N2O niż nasze Słońce.

Połączenie tych dwóch efektów może znacznie zwiększyć przewidywaną ilość gazu biosygnaturowego w świecie nadającym się do zamieszkania. W skład zespołu badawczego weszli astrobiolodzy UCR Daria Pidgorodetskaja, Andy Ridgewell i Timothy Lyons, a także naukowcy z Purdue University, Georgia Institute of Technology, American University i NASA Goddard Space Flight Center.

Zespół badawczy jest przekonany, że nadszedł czas, aby astrobiologowie rozważyli alternatywne gazy o biosygnaturze, takie jak N2O, ponieważ Teleskop Jamesa Webba może wkrótce wysyłać informacje o atmosferach skalistych planet podobnych do Ziemi w systemie TRAPPIST-1. „Chcieliśmy przedstawić ten pomysł, aby pokazać, że jest możliwe, że znajdziemy ten biosygnaturowy gaz, jeśli go poszukamy” – powiedział Schwiterman.