Para encontrar vida extraterrestre, con el Webb los astrónomos hurgan atmósferas de mundos espeluznantes


Los ingredientes para la vida están repartidos por todo el universo. Si bien la Tierra es el único lugar conocido en el universo con vida, detectar vida más allá de la Tierra es un objetivo importante de la astronomía moderna y la ciencia planetaria.

Somos dos científicos que estudiamos exoplanetas y astrobiología. Gracias en gran parte a los telescopios de próxima generación como James Webb, los investigadores como nosotros pronto podrán medir la composición química de las atmósferas de los planetas alrededor de otras estrellas. La esperanza es que uno o más de estos planetas tengan una firma química de vida.

TRAPPIST-1e es un exoplaneta rocoso en la zona habitable de una estrella a 40 años luz de la Tierra y puede tener agua y nubes, como se muestra en la impresión de este artista. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Exoplanetas habitables

La vida podría existir en el sistema solar donde hay agua líquida, como los acuíferos subterráneos en Marte o en los océanos de Europa, la luna de Júpiter. Sin embargo, buscar vida en estos lugares es increíblemente difícil, ya que son difíciles de alcanzar y detectar vida requeriría enviar una sonda para devolver muestras físicas.

Muchos astrónomos creen que existe una buena posibilidad de que exista vida en planetas que orbitan alrededor de otras estrellas, y es posible que allí sea donde se encuentre vida por primera vez.

Los cálculos teóricos sugieren que hay alrededor de 300 millones de planetas potencialmente habitables solo en la galaxia de la Vía Láctea y varios planetas habitables del tamaño de la Tierra dentro de solo 30 años luz de la Tierra, esencialmente los vecinos galácticos de la humanidad. Hasta ahora, los astrónomos han descubierto más de 5000 exoplanetas, incluidos cientos de potencialmente habitables, utilizando métodos indirectos que miden cómo un planeta afecta a su estrella cercana. Estas medidas pueden dar a los astrónomos información sobre la masa y el tamaño de un exoplaneta, pero no mucho más.

Buscando biofirmas

Para detectar vida en un planeta distante, los astrobiólogos estudiarán la luz de las estrellas que ha interactuado con la superficie o la atmósfera de un planeta. Si la atmósfera o la superficie fueron transformadas por la vida, la luz puede llevar una pista, llamada «biofirma».

Durante la primera mitad de su existencia, la Tierra lució una atmósfera sin oxígeno, a pesar de que albergaba vida simple unicelular. La firma biológica de la Tierra era muy débil durante esta era temprana. Eso cambió abruptamente hace 2.400 millones de años cuando evolucionó una nueva familia de algas. Las algas utilizaron un proceso de fotosíntesis que produce oxígeno libre, oxígeno que no está unido químicamente a ningún otro elemento. A partir de ese momento, la atmósfera llena de oxígeno de la Tierra ha dejado una firma biológica fuerte y fácilmente detectable en la luz que la atraviesa.

Cuando la luz rebota en la superficie de un material o pasa a través de un gas, es más probable que ciertas longitudes de onda de la luz permanezcan atrapadas en la superficie del gas o del material que otras. Esta captura selectiva de longitudes de onda de luz es la razón por la que los objetos tienen diferentes colores. Las hojas son verdes porque la clorofila es particularmente buena para absorber la luz en las longitudes de onda rojas y azules. Cuando la luz incide en una hoja, las longitudes de onda rojas y azules se absorben, lo que deja que la luz verde rebote en los ojos.

El patrón de luz perdida está determinado por la composición específica del material con el que interactúa la luz. Debido a esto, los astrónomos pueden aprender algo sobre la composición de la atmósfera o la superficie de un exoplaneta, en esencia, midiendo el color específico de la luz que proviene de un planeta.

Este método se puede usar para reconocer la presencia de ciertos gases atmosféricos que están asociados con la vida, como el oxígeno o el metano, porque estos gases dejan señales muy específicas en la luz. También podría usarse para detectar colores peculiares en la superficie de un planeta. En la Tierra, por ejemplo, la clorofila y otros pigmentos que las plantas y las algas utilizan para la fotosíntesis capturan longitudes de onda de luz específicas. Estos pigmentos producen colores característicos que se pueden detectar usando una cámara infrarroja sensible. Si viera este color reflejándose en la superficie de un planeta distante, significaría potencialmente la presencia de clorofila.

Telescopios en el espacio y en la Tierra

Se necesita un telescopio increíblemente poderoso para detectar estos cambios sutiles en la luz proveniente de un exoplaneta potencialmente habitable. Por ahora, el único telescopio capaz de tal hazaña es el nuevo Telescopio Espacial James Webb. Cuando comenzó las operaciones científicas en julio de 2022, James Webb tomó una lectura del espectro del exoplaneta gigante gaseoso WASP-96b. El espectro mostró la presencia de agua y nubes, pero es poco probable que un planeta tan grande y caliente como WASP-96b albergue vida.

Hay muchos exoplanetas conocidos en zonas habitables: órbitas no demasiado cercanas a una estrella que hierve el agua, pero no tan lejos como para que el planeta se congele, como se indica en verde tanto para el sistema solar como para el sistema estelar Kepler-186 con sus planetas. etiquetados b, c, d, e y f. Crédito: NASA Ames/Instituto SETI/JPL-Caltech

Sin embargo, estos primeros datos muestran que James Webb es capaz de detectar firmas químicas débiles en la luz proveniente de exoplanetas. En los próximos meses, Webb está listo para girar sus espejos hacia TRAPPIST-1e, un planeta del tamaño de la Tierra potencialmente habitable a solo 39 años luz de la Tierra.

Webb puede buscar firmas biológicas estudiando los planetas a medida que pasan frente a sus estrellas anfitrionas y capturando la luz de las estrellas que se filtra a través de la atmósfera del planeta. Pero Webb no fue diseñado para buscar vida, por lo que el telescopio solo puede escudriñar algunos de los mundos potencialmente habitables más cercanos. También solo puede detectar cambios en los niveles atmosféricos de dióxido de carbono, metano y vapor de agua. Si bien ciertas combinaciones de estos gases pueden sugerir vida, Webb no puede detectar la presencia de oxígeno no enlazado, que es la señal más fuerte de vida.

Cada material absorbe ciertas longitudes de onda de luz, como se muestra en este diagrama que muestra las longitudes de onda de luz absorbidas más fácilmente por diferentes tipos de clorofila. Crédito: Daniele Pugliesi

Los conceptos principales para telescopios espaciales futuros, aún más poderosos, incluyen planes para bloquear la luz brillante de la estrella anfitriona de un planeta para revelar la luz estelar reflejada desde el planeta. Esta idea es similar a usar la mano para bloquear la luz del sol para ver mejor algo en la distancia. Los futuros telescopios espaciales podrían usar máscaras internas pequeñas o naves espaciales grandes, externas, con forma de paraguas para hacer esto. Una vez que se bloquea la luz de las estrellas, se vuelve mucho más fácil estudiar la luz que rebota en un planeta.

También hay tres enormes telescopios terrestres actualmente en construcción que podrán buscar firmas biológicas: el Telescopio Gigante Magellen, el Telescopio de Treinta Metros y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande. Cada uno es mucho más poderoso que los telescopios existentes en la Tierra y, a pesar de la desventaja de que la atmósfera de la Tierra distorsiona la luz de las estrellas, estos telescopios podrían sondear las atmósferas de los mundos más cercanos en busca de oxígeno.

El telescopio espacial James Webb es el primer telescopio capaz de detectar firmas químicas de exoplanetas, pero sus capacidades son limitadas. Crédito: NASA

¿Es biología o geología?

Incluso utilizando los telescopios más potentes de las próximas décadas, los astrobiólogos solo podrán detectar fuertes biofirmas producidas por mundos que han sido completamente transformados por la vida.

Desafortunadamente, la mayoría de los gases liberados por la vida terrestre también pueden ser producidos por procesos no biológicos: tanto las vacas como los volcanes liberan metano. La fotosíntesis produce oxígeno, pero la luz solar también lo hace, cuando divide las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Existe una buena posibilidad de que los astrónomos detecten algunos falsos positivos cuando busquen vida distante. Para ayudar a descartar falsos positivos, los astrónomos deberán comprender un planeta de interés lo suficientemente bien como para comprender si sus procesos geológicos o atmosféricos podrían imitar una firma biológica.

La próxima generación de estudios de exoplanetas tiene el potencial de pasar el listón de la extraordinaria evidencia necesaria para probar la existencia de vida. La primera publicación de datos del telescopio espacial James Webb nos da una idea del emocionante progreso que se avecina.

Con información de Phys.org

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