A Földön a fotoszintetikus szervezetek szén-dioxidot, napfényt és vizet vesznek fel, és cukrot és keményítőt állítanak elő energiaként. Az oxigén ennek a folyamatnak a mellékterméke, így ha máshol is észleljük ezt az elemet, az izgalmat okoz a kutatók körében.

Ez azonban csak akkor lehet valamilyenfajta bizonyíték az életre, ha ki tudjuk zárni, hogy más úton jött létre az oxigén.

A Föld tele van oxigénnel. A kéreg 46 százalékát és a köpeny körülbelül ugyanilyen százalékát teszi ki, a légkör pedig körülbelül 20 százalékban tartalmazza ezt az elemet.

Az oxigén jelenléte a körülbelül kétmilliárd évvel ezelőtti Nagy Oxigéneseményből (Great Oxygenation Event, GOE) származik. Az ősi cianobaktériumok olyan pigmenteket fejlesztettek ki, amelyek elnyelik a napfényt és fotoszintézisre használják azt. Az oxigén a fotoszintézis mellékterméke, és az életnek volt néhány milliárd éve arra, hogy oxigént építsen fel a légkörben, a köpenyben és a földkéregben.

Ha tehát a tudósok oxigént találnak egy exobolygó légkörében, az erősen utalhat a földön kívüli élet jelenlétére. Egy új kutatás azonban olyan oxigénforrást azonosított, amely nem az életre támaszkodik.

A kutatási cikk „Abiotic molecular oxygen production-Ionic pathway from sulfur dioxide” címmel jelent meg a Science Advances című folyóiratban. A vezető szerző Måns Wallner, a svédországi Göteborgi Egyetem fizikai intézetének doktori hallgatója.

A kutatók találtak egy abiotikus oxigénforrást, amely a kén-dioxidból származik. A kén nem ritka az égitesteken, és mivel a vulkánok ként termelnek és pumpálják a légkörbe, a földi vulkanikus exobolygók légkörében is lehet oxigén. És ez a lehetőség nem foglalja magában a lehetséges élet kialakulását az adott helyen.

Ehelyett egy csillagból érkező nagyenergiájú sugárzás ionizálhatja a kén-dioxid molekulát. A kén-dioxid képlete SO2, és amikor ionizálódik, a molekula átrendeződik, és kettős pozitív töltésű rendszerré válik. Ekkor lineáris alakot vesz fel, amelyben a két oxigénatom egymás mellett, a kén pedig a másik végén helyezkedik el. Ezt nevezzük barangolásnak, mivel az oxigénatomok szabadon, kaotikus pályákon sodródhatnak, amíg új vegyületekbe nem rendeződnek.

Kettős ionizációkor a molekulában lévő kötött elektronok közül kettő kilökődik, ami a molekula atomjai közötti szög megváltozásához vezethet. Alternatív megoldásként – ami jelen esetben döntő fontosságú – barangolás is bekövetkezhet, vagyis az atomok helyet cserélnek, és a molekula teljesen új alakot vesz fel

– mondta Wallner a sajtóközleményben.

A molekula alkotórészei azonban nem biztos, hogy újra SO2-vá alakulnak vissza. Ehelyett a kén széteshet, és egy egyszerű pozitív töltésű oxigénmolekula maradhat. Ekkor a pozitív töltés semlegesíthető egy másik molekulából származó elektron vonzásával. A molekuláris oxigén (O2) megmarad, és ez létfontosságú a földi élethez.

Ez a megfejtés magyarázatot adhat a más planétákon található oxigén egy részére, ugyanis az Io, a Ganymedes és az Europa légkörében is felfedezhető ez az elem.

Az Io egy vulkanikus hely – a Naprendszer legvulkanikusabb világa –, így az élet jelenlétét ott ki lehet zárni. A Ganymedes és az Europa felszín alatti óceánokkal rendelkeznek, így elképzelhető, hogy valamilyenfajta életnek adnak otthont. De ez az élet nem tud olyan oxigénes légkört kialakítani, mint a Föld. Az előbbieket latba vetve nagyon úgy tűnik, hogy más magyarázatra van szükség az ezeken a holdakon talált oxigén vizsgálatakor.

Cikkünkben azt is felvetjük, hogy ez a Földön természetes módon történik

– mondta Raimund Feifel, az eredményekről beszámoló cikk társszerzője.

Ez az ionos oxigénképző útvonal más molekulák esetében is működhet, és ez lesz a kutatók következő megoldandó problémája, ugyanis szeretnék megtudni, hogy más molekulák, például a széndizelenid is ki vannak-e téve a kettős ionizációnak.

Más tudósok abiotikus O2-forrásokkal foglalkoztak. Egy 2014-es tanulmányban bizonyítékot mutattak be a CO2-ból nagy energiájú UV-fénynek kitéve keletkező molekuláris oxigénre.

Egy 2015-ös tanulmányban japán kutatók megállapították, hogy a közeli ultraibolya fény vízzel kölcsönhatásba lépve Titania (titán-dioxid) katalizátorral O2-t képes előállítani exobolygókon.

Ezek az eredmények segítenek megmagyarázni, hogyan lehetett a Föld légkörében a GOE előtt kis mennyiségű oxigén. Mivel az oxigén egy rendkívül reaktív elem, kellett lennie egy pótló forrásnak, és a szóban forgó esetben ezek az útvonalak állhatnak a háttérben.

A James Webb űrtávcső képezi a kutatás hátterét. Az exobolygók légkörének tanulmányozása a teleszkóp egyik tudományos célkitűzése, és nagy teljesítményű infravörös műszereivel készen áll arra, hogy feltárja a planéták légkörének kémiai összetételét.

Forrás: Science Alert