A Kaliforniai Egyetem kutatói szerint a lakható exobolygók kémiai elemeinek vizsgálatakor érdemes lenne a nevetőgáznak vagy kéjgáznak is nevezett dinitrogén-oxid jelenlétét is vizsgálni.

Azok a kémiai vegyületek, amelyek egy bolygó légkörében az élet kialakulására utalhatnak, jellemzően olyan gázok, amelyek a mai Föld légkörében is bőségesen megtalálhatók.

„Sokan gondolkodtak az oxigénről és a metánról, mint életjelző anyagokról, de kevesebb kutató foglalkozott komolyabban a dinitrogén-oxiddal. Szerintünk ez hiba.” – mondta Eddie Schwieterman (University of California).

A kutatók az Astrophysical Journal című szaklapban számoltak be kutatásaik eredményeiről. Megvizsgálták, hogy mennyi dinitrogén-oxidot képesek egy, a Földhöz hasonló bolygó élőlényei termelni. Ezután olyan modelleket alkottak, amelyek szimulálták ezt a bolygót különféle csillagok körül, és meghatározták azt a dinitrogén-oxid–mennyiséget, amelyet egy olyan műszer is érzékelhet, mint a James Webb-űrtávcső.

„Egy olyan rendszerben, mint a TRAPPIST-1, amely a hozzánk legközelebbi, és egyben a legjobb rendszer a kőzetbolygók légkörének megfigyelésére, nagy eséllyel a szén-dioxidhoz vagy a metánhoz hasonló mennyiségű dinitrogén-oxidot észlelhetünk.” – mondta Schwieterman.

A dinitrogén-oxid a Föld légkörének egyik alkotóeleme. (Forrás: NASA/LROC)

Az élőlények több módon is képesek dinitrogén-oxidot termelni. Több olyan mikroorganizmus is van, amely folyamatosan dinitrogén-oxidot képez más nitrogéntartalmú vegyületekből. Ez egy olyan anyagcsere-folyamat, amely hasznos sejtenergiát eredményez.

„Az élet nitrogénhulladékokat termel, amelyeket egyes mikroorganizmusok nitrátokká alakítanak át. Egy akváriumban ezek a nitrátok felhalmozódnak, ezért kell cserélni a vizet.” – magyarázza Schwieterman. „Megfelelő körülmények mellett azonban az óceánban bizonyos baktériumok dinitrogén-oxiddá alakítják ezeket a nitrátokat. Ezután a gáz a légkörbe szivárog.”

Bizonyos esetekben érzékelhetünk egy légkörben akkor is dinitrogén-oxidot, ha az nem élethez kötődik. A kutatók ezt is figyelembe vették a modellek készítésekor. Például villámláskor is létrejön egy kis mennyiségű dinitrogén-oxid. Emellett azonban a villámlás nitrogén-dioxidot is termel, ami az asztrobiológusok számára azt jelenti, hogy az időjárási és geológiai folyamatok hozták létre ezt a gázt.

Egyes kutatók, akik a dinitrogén-oxidot életjelző molekulaként vették számításba, arra a következtetésre jutottak, hogy nagyon nehéz lenne nagy távolságból kimutatni a jelenlétét. Schwieterman szerint ez a következtetés a Föld légkörének jelenlegi dinitrogén-oxid–koncentrációján alapul. Mivel bolygónkon, ahol hemzseg az élet, nincs sok ebből a gázból, egyesek úgy vélik, hogy máshol is nehézkes lenne kimutatni.

Az ábrákon a dinitrogén-oxid jelenléte látható különböző bolygókörnyezetekben életjelző gázként és hamis pozitív jelzésként. A baloldali illusztráció a mai Földet mutatja, ahol a légkörben nagy mennyiségű oxigén és főként biológiai denitrifikáció során létrejött dinitrogén-oxid található. Ebben az esetben az oxigén, az ózon, a dinitrogén-oxid és a metán együttes jelenléte erős kémiai egyensúlyhiányt jelez. A középső ábra a földtörténeti proterozoikum időszakának megfelelő állapotot mutatja: itt a dinitrogén-oxid részben biológiai denitrifikáció, részben pedig nitrogéntartalmú köztitermékek kémiai denitrifikációja során keletkezik. Ebben az esetben a molekuláris oxigén és a metán koncentrációja túl alacsony ahhoz, hogy közvetlenül kimutatható legyen, de az érzékelhető dinitrogén-oxid és az ózon erős életjelző anyag lehet. A jobboldali ábra szemlélteti a legvalószínűbb hamis pozitív forgatókönyvet, ahol egy csillag erőteljes aktivitása nyomán fotokémiai úton jön létre dinitrogén-oxid. (Forrás: Edward W. Schwieterman et al. 2022)

„Ez a következtetés nem veszi figyelembe a földtörténet azon időszakait, amikor az óceánokban sokkal nagyobb mennyiségű dinitrogén-oxid kibocsátását tették lehetővé a körülmények. Ezeknek az időszakoknak a feltételei sokkal inkább tükrözhetik egy exobolygó mai állapotát.” – mondta Schwieterman. Hozzátette továbbá, hogy a gyakori K és M típusú törpecsillagok a Napunkkal ellentétben olyan fénytartományban sugároznak, amely kevésbé hatékonyan bontja le a dinitrogén-oxidot, mint a Napé. Ez a két hatás együttesen nagy mértékben megnövelheti ennek az életjelző gáznak a várható mennyiségét egy lakott világban.

A kutatók szerint most esély nyílik az asztrobiológusok számára, hogy eldöntsék, számításba vehetők-e egyéb, a dinitrogén-oxidhoz hasonló gázok is életjelző molekulaként, hisz a James Webb-űrtávcső nemsokára információkat fog szolgáltatni a TRAPPIST-1 rendszer földszerű kőzetbolygóinak légköréről.

Forrás: University of California