La phosphine est parmi les plus puantes, gaz les plus toxiques sur Terre, trouvé dans certains des endroits les plus infects, y compris les tas de fumier de pingouin, les profondeurs des marécages et des tourbières, et même dans les entrailles de certains blaireaux et poissons. Ce "gaz des marais" putride est également hautement inflammable et réactif avec les particules présentes dans notre atmosphère.

La plupart de la vie sur Terre, spécifiquement tout aérobie, la vie respire de l'oxygène, ne veut rien avoir à faire avec la phosphine, ni le produire ni compter sur lui pour survivre.

Maintenant, des chercheurs du MIT ont découvert que la phosphine est produite par un autre, forme de vie moins abondante :organismes anaérobies, comme les bactéries et les microbes, qui ne nécessitent pas d'oxygène pour prospérer. L'équipe a découvert que la phosphine ne peut être produite autrement que par ces extrêmes, organismes averses à l'oxygène, faisant de la phosphine une pure biosignature, un signe de vie (au moins d'une certaine sorte).

Dans un article récemment publié dans la revue Astrobiologie , les chercheurs rapportent que si la phosphine était produite en quantités similaires au méthane sur Terre, le gaz générerait une signature lumineuse dans l'atmosphère d'une planète. Ce modèle serait suffisamment clair pour être détecté jusqu'à 16 années-lumière par un télescope tel que le télescope spatial James Webb. Si de la phosphine est détectée sur une planète rocheuse, ce serait un signe indubitable de la vie extraterrestre.

"Ici sur Terre, l'oxygène est un signe de vie vraiment impressionnant, " dit l'auteur principal Clara Sousa-Silva, chercheur au Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. "Mais d'autres choses que la vie produisent aussi de l'oxygène. Il est important de considérer des molécules plus étranges qui pourraient ne pas être fabriquées aussi souvent, mais si vous les trouvez sur une autre planète, il n'y a qu'une seule explication."

Les co-auteurs de l'article incluent Sukrit Ranjan, Janusz Petkowski, Zhuchang Zhan, Guillaume Bains, et Sara Seager, la classe de 1941 professeur de la Terre, Atmosphérique, et sciences planétaires au MIT, ainsi que Renyu Hu à Caltech.

ventres géants

Sousa-Silva et ses collègues constituent une base de données d'empreintes digitales pour les molécules qui pourraient être des biosignatures potentielles. L'équipe en a amassé plus de 16, 000 candidats, dont la phosphine. La grande majorité de ces molécules n'ont pas encore été complètement caractérisées, et si les scientifiques devaient repérer l'un d'entre eux dans l'atmosphère d'une exoplanète, ils ne sauraient toujours pas si les molécules étaient un signe de vie ou autre chose.

Mais avec le nouveau papier de Sousa-Silva, les scientifiques peuvent se fier à l'interprétation d'au moins une molécule :la phosphine. La principale conclusion du document est que, si de la phosphine est détectée à proximité, planète rocheuse, cette planète doit abriter une forme de vie.

Les chercheurs ne sont pas arrivés à cette conclusion à la légère. Depuis 10 ans, Sousa-Silva a consacré son travail à caractériser pleinement la faute, gaz toxique, d'abord en déchiffrant méthodiquement les propriétés de la phosphine et en quoi elle est chimiquement distincte des autres molécules.

Dans les années 1970, la phosphine a été découverte dans les atmosphères de Jupiter et de Saturne, des géantes gazeuses immensément chaudes. Les scientifiques ont supposé que la molécule était spontanément projetée dans le ventre de ces géantes gazeuses et, comme le décrit Sousa-Silva, "violemment dragué par d'énormes, tempêtes convectives de la taille d'une planète."

Toujours, on ne savait pas grand chose sur la phosphine, et Sousa-Silva a consacré ses études supérieures à l'University College of London à l'identification de l'empreinte spectrale de la phosphine. De son travail de thèse, elle a déterminé les longueurs d'onde exactes de la lumière que la phosphine devrait absorber, et cela serait absent des données atmosphériques si le gaz était présent.

Au cours de son doctorat, elle a commencé à se demander :la phosphine pourrait-elle être produite non seulement dans les environnements extrêmes des géantes gazeuses, mais aussi par la vie sur Terre ? Au MIT, Sousa-Silva et ses collègues ont commencé à répondre à cette question.

"Nous avons donc commencé à collecter chaque mention de phosphine détectée n'importe où sur Terre, et il s'avère que partout où il n'y a pas d'oxygène, il y a de la phosphine, comme les marécages et les marais et les sédiments lacustres et les pets et les intestins de tout, " Dit Sousa-Silva. " Soudain, tout cela a eu du sens :c'est une molécule vraiment toxique pour tout ce qui aime l'oxygène. Mais pour la vie qui n'aime pas l'oxygène, cela semble être une molécule très utile."

"Rien d'autre que la vie"

La prise de conscience que la phosphine est associée à la vie anaérobie était un indice que la molécule pourrait être une biosignature viable. Mais pour être sûr, le groupe a dû écarter toute possibilité que la phosphine puisse être produite par autre chose que la vie. Pour faire ça, ils ont passé les dernières années à exploiter de nombreuses espèces de phosphore, brique essentielle de la phosphine, à travers une liste exhaustive, analyse théorique des voies chimiques, dans des scénarios de plus en plus extrêmes, pour voir si le phosphore pourrait se transformer en phosphine d'une manière abiotique (c'est-à-dire non génératrice de vie).

La phosphine est une molécule composée d'un atome de phosphore et de trois atomes d'hydrogène, qui normalement ne préfèrent pas se réunir. Il faut d'énormes quantités d'énergie, comme dans les environnements extrêmes au sein de Jupiter et Saturne, briser les atomes avec suffisamment de force pour vaincre leur aversion naturelle. Les chercheurs ont étudié les voies chimiques et la thermodynamique impliquées dans plusieurs scénarios sur Terre pour voir s'ils pouvaient produire suffisamment d'énergie pour transformer le phosphore en phosphine.

« À un moment donné, nous avons examiné des mécanismes de moins en moins plausibles, comme si les plaques tectoniques se frottaient les unes contre les autres, pourriez-vous obtenir une étincelle de plasma qui a généré de la phosphine ? Ou si la foudre frappait quelque part qui avait du phosphore, ou un météore avait une teneur en phosphore, cela pourrait-il générer un impact pour faire de la phosphine ? Et nous avons traversé plusieurs années de ce processus pour comprendre que rien d'autre que la vie ne produit des quantités détectables de phosphine."

Phosphine, ils ont trouvé, n'a pas de faux positifs significatifs, ce qui signifie que toute détection de phosphine est un signe de vie certain. Les chercheurs ont ensuite exploré si la molécule pouvait être détectable dans l'atmosphère d'une exoplanète. Ils ont simulé les atmosphères idéalisées, pauvre en oxygène, exoplanètes terrestres de deux types :atmosphères riches en hydrogène et en dioxyde de carbone. Ils ont introduit dans la simulation différents taux de production de phosphine et extrapolé à quoi ressemblerait le spectre de lumière d'une atmosphère donnée compte tenu d'un certain taux de production de phosphine.

Ils ont découvert que si la phosphine était produite en quantités relativement faibles équivalentes à la quantité de méthane produite sur Terre aujourd'hui, il produirait un signal dans l'atmosphère qui serait suffisamment clair pour être détecté par un observatoire avancé tel que le futur télescope spatial James Webb, si cette planète était à moins de 5 parsecs, soit à environ 16 années-lumière de la Terre, une sphère de l'espace qui couvre une multitude d'étoiles, hébergeant probablement des planètes rocheuses.

Sousa-Silva dit que, en plus d'établir la phosphine comme une biosignature viable dans la recherche de la vie extraterrestre, les résultats du groupe constituent un pipeline, ou processus à suivre par les chercheurs pour caractériser l'un des 16 autres, 000 candidats à la biosignature.

"Je pense que la communauté doit investir dans le filtrage de ces candidats dans une sorte de priorité, " dit-elle. " Même si certaines de ces molécules sont vraiment de faibles balises, si nous pouvons déterminer que seule la vie peut envoyer ce signal, alors j'ai l'impression que c'est une mine d'or."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.