Stelt je voor: wetenschappers speuren decennialang door de ruimte, bouwen indrukwekkende telescopen en investeren miljarden euro’s… en vinden uiteindelijk niets. Geen enkel teken van leven op andere planeten. Klinkt dat als tijdverspilling? Niet echt.
Een nieuwe studie laat zien dat, zelfs als we geen buitenaards leven ontdekken, die ‘lege’ resultaten ons waardevolle inzichten kunnen geven over hoe zeldzaam (of juist normaal) leven in het universum is.
Een internationaal team van de ETH Zürich heeft berekend hoeveel exoplaneten (planeten buiten ons zonnestelsel) we moeten onderzoeken om betrouwbare conclusies te trekken, zelfs als er geen bewijs van leven wordt gevonden. Hun werk, gepubliceerd in het vakblad The Astronomical Journal, maakt gebruik van geavanceerde wiskundige methoden om aan te tonen dat zogenaamde ‘null results’, het niet aantreffen van bewoonbare planeten of leven, betekenisvol zijn. Daniel Angerhausen, hoofdauteur van de studie, vat het in een interview met Scientias.nl als volgt samen: “In ons artikel definiëren we een null result als een reeks waarnemingen… waarin we een bepaald kenmerk dat we zochten niet vinden, zoals een detecteerbare oceaan of biosfeer op die planeet.”
Wat is een null result precies?
Laten we dat ‘null result’ even uitpakken. Stel, je bent een hoopvolle goudmijner op zoek naar een goudader en graaft op verschillende plekken zonder iets te vinden. Na een jaartje en tientallen putten kom je tot de conclusie dat er helemaal geen goud is, of dat het zeer zeldzaam is. Zo werkt het ook met exoplaneten. Als wetenschappers planeet na planeet onderzoeken en geen tekenen van leven of bewoonbaarheid aantreffen, kunnen ze daar relevante conclusies uit trekken. Angerhausen licht toe: “Wat we in onze studie aantonen, is dat als we geen enkel bewijs vinden voor detecteerbare globale biosferen, we toch statistisch significante schattingen kunnen maken over hoe vaak zulke biosferen voorkomen.” Kortom: niets vinden is op zich ook een ontdekking.
Bayesiaanse statistiek: je idee aanpassen aan de feiten
Het team maakte gebruik van Bayesiaanse statistiek. Klinkt ingewikkeld, maar Angerhausen legt het helder uit: “Bayesiaanse analyse kun je zien als een manier om je kennis of overtuigingen over iets bij te stellen op basis van nieuw bewijs.” Stel dat je ervan overtuigd bent dat er veel leven in het universum voorkomt. Maar wanneer je dan tientallen planeten onderzoekt en niets aantreft, moet je dat idee herzien. Deze methode begint met een aanname (bijvoorbeeld: ‘er is veel leven’) en past deze aan zodra er nieuwe gegevens beschikbaar komen.
De onderzoekers simuleerden met deze logica in hun achterhoofd het onderzoeken van tot wel honderd planeten. Wat bleek? Als wetenschappers 40 planeten bestuderen en niets vinden, kunnen ze met 99,9 procent zekerheid concluderen dat minder dan 20 procent van zulke planeten detecteerbare tekenen van bewoonbaarheid vertonen. Om vast te stellen of dat percentage onder de 10 procent ligt, zijn 80 waarnemingen nodig.
Twee manieren om te rekenen
Het team vergeleek de Bayesiaanse aanpak met een andere methode, de frequentistische. Angerhausen noemt ze “twee concurrerende wiskundige stromingen” en voegt toe: “Wij laten zien dat beide uiteindelijk tot dezelfde conclusies komen, wat onze resultaten alleen maar sterker maakt.” Dat is goed nieuws: het maakt niet uit hoe je rekent, de uitkomst blijft betrouwbaar.
Toekomstige missies zoals LIFE
Toekomstige projecten, zoals de LIFE-missie (Large Interferometer for Exoplanets), kunnen hiervan profiteren. Angerhausen zegt: “Onze studie biedt missies zoals LIFE een kader om te bepalen hoeveel planeten ze moeten observeren en hoe ze de juiste vragen kunnen stellen.” LIFE zou bijvoorbeeld 16 aardachtige planeten kunnen onderzoeken. Als zij niets vinden, weten we met 99,9 procent zekerheid dat minder dan 28 procent van dit type planeet bewoonbaar is. Ook de Habitable Worlds Observatory (HWO) zou 20 planeten op zuurstof kunnen testen: bij een nultest betekent dit dat minder dan 23 procent van de planeten zuurstofrijke atmosferen heeft.
Waarom ‘niets’ toch spannend is
Hoe leg je aan het publiek uit dat het ontbreken van resultaten ook een doorbraak kan zijn? Angerhausen citeert schrijver Arthur C. Clarke: “Twee mogelijkheden bestaan: ofwel zijn we alleen in het universum, ofwel niet. Beide zijn even beangstigend.” Hij voegt toe: “Wat we ook ontdekken, het zet de mensheid aan het denken over zichzelf en haar plaats in het universum.”
