Un nuevo estudio complica la búsqueda de oxígeno extraterrestre

El oxígeno ha sido el gas más importante en nuestra búsqueda de vida en el cosmos hasta ahora. En la Tierra, lo tenemos en abundancia porque se produce mediante síntesis biológica. Pero esto podría no ser así en otros planetas, por lo que incluso si encontramos una señal muy clara de oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta, podría no ser una indicación definitiva de que exista vida allí. Un nuevo artículo, disponible como preimpresión en arXiv, de Margaret Turcotte Seavey y un equipo de investigadores de instituciones como el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA y la Universidad Johns Hopkins, aporta información adicional sobre lo que podría estar sucediendo en esas atmósferas. En particular, señalan que incluso una pequeña cantidad de vapor de agua puede marcar una gran diferencia en si una roca sin vida parece un mundo vivo y próspero.

Parte de la inspiración para este nuevo artículo provino de un trabajo fundamental publicado en 2015 por Peter Gao y sus colegas en The Astrophysical Journal. En él, describen cómo los planetas desecados alrededor de estrellas enanas M pueden tener niveles extremadamente altos de oxígeno en su atmósfera —incluso comparables a los de la Tierra— a pesar de que esta se crea mediante procesos completamente abióticos. Esto es crucial para los astrobiólogos por varias razones. Las enanas M son el tipo de estrella más común en la galaxia y también las más fáciles para encontrar exoplanetas alrededor de ellas. Muchos de sus planetas también parecen tener atmósferas compuestas principalmente de dióxido de carbono, otro componente esencial en la cadena de producción de oxígeno.

Según el artículo de 2015, la intensa luz ultravioleta de la estrella del planeta puede separar las moléculas de dióxido de carbono en monóxido de carbono y oxígeno mediante un proceso llamado fotólisis. Este proceso daría como resultado una atmósfera que se parece sospechosamente a una biológica, pero que en realidad es completamente abiótica.

Y luego llegamos a la otra molécula favorita de los astrobiólogos: el agua. La Sra. Seavey y su equipo querían comprobar qué ocurriría si aplicaban el mismo proceso que en el artículo de 2015, pero incluyendo diferentes niveles de vapor de agua en la atmósfera. Utilizaron un complejo modelo fotoquímico-climático llamado «Atmos» para simular un planeta rocoso del tamaño de Marte con una atmósfera de CO2 a 1 bar orbitando una estrella enana M, pero variando la cantidad de vapor de agua en su atmósfera.

En los diferentes niveles de agua que analizaron, la abundancia máxima de oxígeno en estos escenarios alcanzó solo el 2,7%, aproximadamente el 10% del nivel reportado en el artículo de 2015 y, de forma similar, el que se encuentra en la Tierra. El mecanismo químico de esta disminución de oxígeno se comprende bien. La misma luz ultravioleta que disocia las moléculas de CO2 también disocia el agua, lo que genera hidrógeno libre y un radical hidroxilo (OH). Estos radicales OH actúan como catalizadores con el oxígeno atómico y el monóxido de carbono, reformándolos de nuevo en CO2 y, por lo tanto, reduciendo los niveles totales de oxígeno libre. En última instancia, el oxígeno nunca llega a acumularse en la atmósfera con este proceso, lo que convierte un escenario con un alto porcentaje de vapor de agua y oxígeno en la atmósfera en una prueba irrefutable de algún tipo de proceso biológico, en lugar de uno abiótico. Ya contamos con un buen modelo de cómo sería esto, ya que la Tierra misma es un ejemplo de ello.

A medida que nuevas misiones astrobiológicas, como el Observatorio de Mundos Habitables y los telescopios LIFE, cobran impulso, se vuelven cruciales los estudios basados ​​en modelos que describen lo que los científicos creen que deben buscar. Una conclusión importante de este estudio es que necesitamos analizar la atmósfera completa de un exoplaneta: comprender si hay vapor de agua y oxígeno en una atmósfera ayudará a determinar si el mundo es un falso positivo desecado o un objeto potencialmente exuberante de interés. En definitiva, este tipo de trabajo nos acerca un poco más a asegurar que, cuando finalmente detectemos vida en el cosmos, podamos tener la certeza de que es real.

Con información de arXiv