Forskare har utvecklat en ny metod för att detektera syre i exoplanetatmosfärer som kan påskynda sökandet efter liv.

En möjlig indikation på liv, eller biosignatur, är närvaron av syre i en exoplanets atmosfär. Syre alstras av liv på jorden när organismer som växter, alger, och cyanobakterier använder fotosyntes för att omvandla solljus till kemisk energi.

UC Riverside hjälpte till att utveckla den nya tekniken, som kommer att använda NASA:s rymdteleskop James Webb för att upptäcka en stark signal som syremolekyler producerar när de kolliderar. Denna signal kan hjälpa forskare att skilja mellan levande och icke-levande planeter.

Sedan exoplaneter, som kretsar runt andra stjärnor än vår sol, är så långt borta, forskare kan inte leta efter tecken på liv genom att besöka dessa avlägsna världar. Istället, de måste använda ett banbrytande teleskop som Webb för att se vad som finns inuti exoplaneternas atmosfär.

"Innan vårt arbete, syre på liknande nivåer som på jorden ansågs vara omöjligt att upptäcka med Webb, " sade Thomas Fauchez från NASA:s Goddard Space Flight Center och huvudförfattare till studien. "Denna syresignal är känd sedan början av 1980-talet från jordens atmosfäriska studier men har aldrig studerats för exoplanetforskning."

UC Riverside astrobiolog Edward Schwieterman föreslog ursprungligen ett liknande sätt att upptäcka höga koncentrationer av syre från icke-levande processer och var en medlem av teamet som utvecklade denna teknik. Deras arbete publicerades idag i tidskriften Natur astronomi .

"Syre är en av de mest spännande molekylerna att upptäcka på grund av dess koppling till livet, men vi vet inte om livet är den enda orsaken till syre i en atmosfär, ", sade Schwieterman. "Denna teknik kommer att tillåta oss att hitta syre i planeter både levande och döda."

När syremolekyler kolliderar med varandra, de blockerar delar av det infraröda ljusspektrumet från att ses av ett teleskop. Genom att undersöka mönster i det ljuset, de kan bestämma sammansättningen av planetens atmosfär.

Schwieterman hjälpte NASA-teamet att beräkna hur mycket ljus som skulle blockeras av dessa syrekollisioner.

Spännande nog, vissa forskare föreslår att syre också kan få en exoplanet att verka värd för liv när den inte gör det, eftersom det kan ackumuleras i en planets atmosfär utan någon livsaktivitet alls.

Om en exoplanet är för nära sin värdstjärna eller får för mycket stjärnljus, atmosfären blir mycket varm och mättad med vattenånga från förångande hav. Detta vatten kunde sedan brytas ned av stark ultraviolett strålning till atomärt väte och syre. Väte, som är en lätt atom, flyr till rymden mycket lätt, lämnar syret bakom sig.

Över tid, denna process kan göra att hela hav går förlorade samtidigt som en tjock syreatmosfär byggs upp – mer jämn, än vad livet kunde göra. Så, rikligt med syre i en exoplanets atmosfär behöver inte nödvändigtvis betyda rikligt med liv utan kan istället indikera en historia av vattenförlust.

Schwieterman varnar för att astronomer ännu inte är säkra på hur utbredd denna process kan vara på exoplaneter.

"Det är viktigt att veta om och hur mycket döda planeter genererar atmosfäriskt syre, så att vi bättre kan känna igen när en planet lever eller inte, " han sa.

Schwieterman är gästande postdoktor vid UCR som snart börjar som biträdande professor i astrobiologi vid institutionen för jord- och planetvetenskap.

Forskningen fick finansiering från Goddards Sellers Exoplanet Environments Collaboration, som delvis finansieras av NASA Planetary Science Divisions Internal Scientist Funding Model. Detta projekt har också fått finansiering från Europeiska unionens forsknings- och innovationsprogram Horizon 2020 under Marie Sklodowska-Curie Grant, teamet från NASA Astrobiology Institute Alternative Earths, och NExSS Virtual Planetary Laboratory.

Webb kommer att vara världens främsta rymdforskningsobservatorium när det lanseras 2021. Det kommer att tillåta forskare att lösa mysterier i vårt solsystem, se till avlägsna världar runt andra stjärnor, och undersöka de mystiska strukturerna och ursprunget till vårt universum och vår plats i det.