Los científicos del MIT, la Universidad de Birmingham y otros lugares dicen que la mejor oportunidad para los astrónomos de encontrar agua líquida, e incluso vida en otros planetas, es buscar la ausencia, más que la presencia, de una característica química en sus atmósferas.
Los investigadores proponen que si un planeta terrestre tiene sustancialmente menos dióxido de carbono en su atmósfera en comparación con otros planetas en el mismo sistema, podría ser una señal de agua líquida (y posiblemente vida) en la superficie de ese planeta.
Es más, esta nueva firma está en la mira del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA. Si bien los científicos han propuesto otros signos de habitabilidad, esas características son difíciles, si no imposibles, de medir con las tecnologías actuales. El equipo dice que esta nueva señal, de dióxido de carbono relativamente agotado, es el único signo de habitabilidad detectable ahora.
«El Santo Grial en la ciencia de los exoplanetas es buscar mundos habitables y la presencia de vida, pero todas las características de las que se ha hablado hasta ahora están fuera del alcance de los observatorios más nuevos», dice Julien de Wit, profesor asistente de Ciencias planetarias en el MIT. «Ahora tenemos una manera de descubrir si hay agua líquida en otro planeta. Y es algo a lo que podremos llegar en los próximos años».
Los hallazgos del equipo aparecerán en Nature Astronomy. De Wit codirigió el estudio con Amaury Triaud de la Universidad de Birmingham en el Reino Unido. Sus coautores del MIT incluyen a Benjamin Rackham, Prajwal Niraula, Ana Glidden Oliver Jagoutz, Matej Peč, Janusz Petkowski y Sara Seager, junto con Frieder Klein del Instituto Oceanográfico Woods Hole (WHOI), Martin Turbet de la Escuela Politécnica de Francia y Franck Selsis del Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux.
Más allá de un destello
Hasta ahora, los astrónomos han detectado más de 5.200 mundos más allá de nuestro sistema solar. Con los telescopios actuales, los astrónomos pueden medir directamente la distancia de un planeta a su estrella y el tiempo que le toma completar una órbita. Esas mediciones pueden ayudar a los científicos a inferir si un planeta se encuentra dentro de una zona habitable. Pero no ha habido manera de confirmar directamente si un planeta es realmente habitable, lo que significa que existe agua líquida en su superficie.
En todo nuestro propio sistema solar, los científicos pueden detectar la presencia de océanos líquidos observando «destellos», destellos de luz solar que se reflejan en las superficies líquidas. Estos destellos, o reflejos especulares, se han observado, por ejemplo, en Titán, la luna más grande de Saturno, lo que ayudó a confirmar los grandes lagos de la luna.
Sin embargo, detectar un brillo similar en planetas lejanos está fuera del alcance de las tecnologías actuales. Pero de Wit y sus colegas se dieron cuenta de que hay otra característica habitable cerca de casa que podría ser detectable en mundos distantes.
«Se nos ocurrió una idea al observar lo que está sucediendo con los planetas terrestres en nuestro propio sistema», dice Triaud.
Venus, la Tierra y Marte comparten similitudes: los tres son rocosos y habitan una región relativamente templada con respecto al sol. La Tierra es el único planeta del trío que actualmente alberga agua líquida. Y el equipo notó otra distinción obvia: la Tierra tiene significativamente menos dióxido de carbono en su atmósfera.
«Suponemos que estos planetas se crearon de manera similar, y si ahora vemos un planeta con mucho menos carbono, debe haber ido a alguna parte», dice Triaud. «El único proceso que podría eliminar esa cantidad de carbono de la atmósfera es un fuerte ciclo del agua que involucra océanos de agua líquida».
De hecho, los océanos de la Tierra han desempeñado un papel importante y sostenido en la absorción de dióxido de carbono. Durante cientos de millones de años, los océanos han absorbido una enorme cantidad de dióxido de carbono, casi igual a la cantidad que persiste hoy en la atmósfera de Venus. Este efecto a escala planetaria ha dejado a la atmósfera de la Tierra significativamente agotada de dióxido de carbono en comparación con sus vecinos planetarios.
«En la Tierra, gran parte del dióxido de carbono atmosférico ha sido secuestrado en agua de mar y roca sólida a lo largo de escalas de tiempo geológicas, lo que ha ayudado a regular el clima y la habitabilidad durante miles de millones de años», dice el coautor del estudio Frieder Klein.
El equipo razonó que si se detectara un agotamiento similar de dióxido de carbono en un planeta lejano, en relación con sus vecinos, esto sería una señal confiable de océanos líquidos y vida en su superficie.
«Después de revisar extensamente la literatura de muchos campos, desde la biología hasta la química e incluso el secuestro de carbono en el contexto del cambio climático, creemos que, de hecho, si detectamos el agotamiento del carbono, hay muchas posibilidades de que sea un fuerte signo de agua líquida y /o la vida», dice de Wit.
Una hoja de ruta hacia la vida
En su estudio, el equipo presenta una estrategia para detectar planetas habitables mediante la búsqueda de señales de dióxido de carbono empobrecido. Esta búsqueda funcionaría mejor para sistemas tipo «guisantes en una vaina», en los que múltiples planetas terrestres, todos aproximadamente del mismo tamaño, orbitan relativamente cerca unos de otros, de manera similar a nuestro propio sistema solar. El primer paso que propone el equipo es confirmar que los planetas tienen atmósferas, simplemente buscando la presencia de dióxido de carbono, que se espera domine la mayoría de las atmósferas planetarias.
«El dióxido de carbono es un absorbente muy fuerte en el infrarrojo y puede detectarse fácilmente en las atmósferas de exoplanetas», explica de Wit. «Una señal de dióxido de carbono puede revelar la presencia de atmósferas de exoplanetas».
Una vez que los astrónomos determinan que varios planetas en un sistema albergan atmósferas, pueden pasar a medir su contenido de dióxido de carbono, para ver si un planeta tiene significativamente menos que los demás. Si es así, es probable que el planeta sea habitable, lo que significa que alberga importantes masas de agua líquida en su superficie.
Pero las condiciones habitables no significan necesariamente que un planeta esté habitado. Para ver si realmente podría existir vida, el equipo propone que los astrónomos busquen otra característica en la atmósfera de un planeta: el ozono.
En la Tierra, los investigadores señalan que las plantas y algunos microbios contribuyen a extraer dióxido de carbono, aunque no tanto como los océanos. Sin embargo, como parte de este proceso, las formas de vida emiten oxígeno, que reacciona con los fotones del sol para transformarse en ozono, una molécula que es mucho más fácil de detectar que el oxígeno mismo.
Los investigadores dicen que si la atmósfera de un planeta muestra signos tanto de ozono como de dióxido de carbono agotado, es probable que sea un mundo habitable y habitado.
«Si vemos ozono, hay muchas posibilidades de que esté relacionado con el dióxido de carbono consumido por la vida», dice Triaud. «Y si es vida, es vida gloriosa. No serían sólo unas pocas bacterias. Sería una biomasa a escala planetaria capaz de procesar una enorme cantidad de carbono e interactuar con él».
El equipo estima que el Telescopio Espacial James Webb de la NASA podría medir el dióxido de carbono, y posiblemente el ozono, en sistemas multiplanetarios cercanos como TRAPPIST-1, un sistema de siete planetas que orbita una estrella brillante, a sólo 40 años luz de la Tierra.
«TRAPPIST-1 es uno de los pocos sistemas en los que podríamos realizar estudios atmosféricos terrestres con JWST», dice de Wit. «Ahora tenemos una hoja de ruta para encontrar planetas habitables. Si todos trabajamos juntos, en los próximos años se podrán realizar descubrimientos que cambien los paradigmas».
Con información de Nature
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