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¿Podemos detectar civilizaciones avanzadas a partir de su basura espacial?

La búsqueda de inteligencia extraterrestre

La detección de inteligencia extraterrestre es una búsqueda que ha fascinado a los astrónomos desde que nos dimos cuenta de que había mundos más allá del nuestro.

Los proyectos de escucha como “SETI@home” y “Breakthrough Listen“, son proyectos que se dedican a buscar posibles señales de otras civilizaciones. Tal descubrimiento demostraría inequívocamente que no estamos solos. Sin embargo, para transmitir de manera eficiente un mensaje a través del espacio interestelar, una civilización tendría que emitir la señal lo más estrechamente posible hacia su destino. Eso significa que no podríamos escuchar a escondidas si no estuviésemos en línea de la señal.

Otro posible método de detección sería analizar la atmósfera de un exoplaneta utilizando espectroscopía. Cuando un planeta pasa frente a su estrella, una parte de la luz de esa estrella será absorbida por la atmósfera del planeta. Analizar la forma en que el espectro observado cambia a medida que el planeta transita por el frente de la estrella puede decirnos la composición atmosférica del planeta. Otro método similar que se podría utilizar es usar la luz reflejada en la atmósfera del planeta. Una vez que sepamos qué moléculas están presentes en la atmósfera del planeta, podríamos buscar signos químicos de vida. Ciertas especies de gas, como el oxígeno, podrían ser el resultado de vida en la superficie del planeta. Algunos, como los clorofluorocarbonos (CFC), serían altamente indicativos de la presencia de una civilización industrial. Mientras que este descubrimiento no sería una detección directa de vida extraterrestre, proporcionaría una fuerte evidencia de su presencia.

Una estrategia nueva de detección

En este artículo, Socas-Navarro presenta una nueva forma que podría potencialmente detectar civilizaciones moderadamente avanzadas. Una civilización que ha alcanzado o superado nuestro propio nivel de tecnología quizás tendría una gran cantidad de satélites en órbita alrededor de su planeta. En particular, un buen lugar para buscar estos satélites es en órbita geosincrónica. En la órbita geosincrónica, un satélite tiene un período orbital que coincide con el período de rotación del planeta. Por lo tanto, permanece directamente sobre un punto del planeta. Estas órbitas son útiles porque permiten que los satélites mantengan contacto con su estación base en todo momento. Por ejemplo, muchos de los satélites de comunicación y navegación de la Tierra están en órbita geosincrónica. Si otras civilizaciones usan satélites con propósitos similares, probablemente también hagan uso de órbitas geosincrónicas.

Para permanecer en órbita geosincrónica, un satélite debe mantenerse a una distancia particular de su planeta. Si se acerca, va a orbitar más rápido que la Tierra, y si está demasiado lejos, irá más lento que la Tierra. Sin embargo, estas órbitas pueden tener algunas inclinaciones leves. Si la órbita está inclinada, el satélite no permanecerá directamente sobre el planeta, sino que trazará un pequeño analema en un día sidéreo. El autor acuña el término “Exocinturones de Clark” (CEB por sus siglas en inglés) para describir los satélites en esta región del espacio alrededor de un planeta.

Figura 1: Ilustración del exocinturón de Clark. Cada pequeño punto representa un satélite en órbita geosincrónica alrededor del planeta (la esfera marrón). La esfera amarilla representa la estrella. Aquí, el tamaño y la densidad de los satélites han sido exagerados. La opacidad, χ, aumenta desde la cara (χo) hacia el borde (χmax). Crédito: Figura 1 del artículo.

Como se puede observar en la Figura 1, una alta densidad de satélites en la órbita geosincrónica creará una banda gruesa que podría bloquear la luz de la estrella. Mientras más satélites, más luz bloquearán. Esta opacidad bloqueará más luz de la estrella que el planeta mismo, dando como resultado una diferencia notable en la curva de luz del planeta en tránsito. En la Figura 2 se muestra un ejemplo de cómo se vería una curva de luz del CEB de la Tierra. A medida que el planeta se mueve entre la Tierra y la estrella, la luz que recibimos de la estrella disminuirá. Si el planeta no tiene un CEB, la curva de luz exhibirá un declive relativamente plano. Sin embargo, si hay una banda gruesa de satélites a su alrededor, estos comenzarán a oscurecer la luz de la estrella antes de que el planeta esté completamente en frente. Esto dará como resultado una pequeña caída justo antes de que ocurra el tránsito principal. También causará que más luz se bloquee en general, lo que resulta que en una curva de luz más profunda.

Figura 2: Ejemplo de una curva de luz para un planeta parecido a la Tierra que transita una estrella similar al Sol. La línea discontinua color naranja representa cómo se verá la curva de luz durante un tránsito si no hay CEB. La línea azul es una simulación de cómo se vería la curva de luz con una gran cantidad de satélites en órbita geosincrónica. Observe cómo la luz con el CEB es más profunda, y las esquinas se redondean al principio y final del tránsito. Crédito: Figura 4 del artículo.

Basado en bases de datos disponibles públicamente, el autor identifica 1738 satélites en órbita geosincrónica alrededor de la Tierra. Esta es una estimación baja, porque estas bases de datos no incluyen satélites fuera de servicio, basura espacial o satélites clasificados. En los últimos 15 años, el número de satélites en órbita geosincrónica ha aumentado exponencialmente. El autor predice que a este ritmo, dentro de 200 años, nuestro CEB será lo suficientemente grueso como para que pueda ser observado desde las estrellas cercanas por civilizaciones con las mismas capacidades de detección que nosotros.

El autor presenta varias curvas de luz simuladas para sistemas de interés, incluyendo TRAPPIST-1. En cada caso, las simulaciones utilizan las especificaciones del telescopio de la misión Kepler, lo que permite su detección mediante nuestra propia tecnología.

Para determinar si la forma de una curva de luz proviene de un CEB, y no es causada por algún otro efecto, es importante saber qué tan lejos del planeta estaría el CEB. Esto permitiría a los investigadores modelar cómo debería ser la curva de luz con y sin CEB.

El radio orbital (rC) del CEB depende de la masa (M) y del período de rotación (T) del planeta como rC3 = GMT2/4π2. Se puede hacer una estimación de la masa del planeta utilizando la fotometría de tránsito para encontrar su tamaño. Suponiendo que el planeta tiene una densidad similar a la Tierra, podemos calcular su masa. El período de rotación, por otro lado, es más difícil de encontrar. Las observaciones futuras quizás pueden ser capaces de crear mapas de superficie de planetas para determinar los períodos de rotación. Si bien esto aún no se ha hecho, los estudios muestran que esto podría ser posible para planetas de hasta 5 parsecs de distancia. Si el planeta está bloqueado por marea a su estrella, la rotación sería fácil de encontrar. El acoplamiento de marea puede ser muy común para los planetas que orbitan en la zona habitable de su estrella, haciendo posible que los astrónomos se aproximen al menos al período de rotación del planeta.

Figura 3: Curvas de luz para los sistemas Proxima b y TRAPPIST-1. Como en la Figura 2, estos muestran la curva de luz de un tránsito planetario sin un CEB (línea discontinua) y con uno (línea continua). Crédito: Figuras 5 y 6 del artículo.

Finalmente, el autor examina si tal curva de luz podría o no ocurrir naturalmente. Un sistema de anillo planetario podría producir un patrón de curva de luz similar. Sin embargo, como señala el autor, la evidencia de nuestro propio Sistema Solar sugiere que los anillos solo se forman fuera de la línea de congelación. Esto está más allá de la zona habitable de la estrella, por lo que es poco probable que se desarrolle vida como la nuestra. Tampoco hay ninguna razón para que un sistema de anillo prefiera formarse en una órbita geosincrónica en lugar de cualquier otra inclinación. Si bien esta banda orbital es de gran utilidad para una civilización, no existe una preferencia natural por ella. Los sistemas de anillos también tienden a ser muy planos. Los objetos en los anillos se extienden en la dirección radial, pero no tienen mucho grosor en la inclinación. Las órbitas geosincrónicas, por otro lado, son muy delgadas radialmente, pero tienen una inclinación más gruesa. Esto creará una señal ligeramente diferente, que podría detectarse.

¿Están ahí afuera?
Muchas de las ideas presentadas en este documento todavía son especulaciones. Estas son extrapolaciones de lo que sabemos sobre la civilización aquí en la Tierra. Es posible que los alienígenas no usen la órbita geosincrónica lo suficiente como para crear una banda gruesa de satélites. Pueden ser mucho más avanzados que nosotros y no necesitan una gran cantidad de satélites. O podrían estar mucho menos avanzados que nosotros, sin la capacidad de entrar en órbita. La civilización más cercana a nosotros podría estar demasiado lejos para que podamos ver su CEB. Al hablar de civilizaciones alienígenas, es importante tener en cuenta que tenemos muy pocos datos en los que basar nuestras ideas, y debemos hacer muchas suposiciones.

Aunque sea especulativo, el método presentado en este artículo es otra herramienta en nuestro kit que podemos usar en nuestra búsqueda de inteligencia extraterrestre. Esta técnica representa una forma en que podemos buscar civilizaciones alienígenas con nuestras capacidades actuales de detección. Se basa solo en tecnologías que sabemos que son posibles. Las próximas misiones como el Telescopio Espacial James Webb y TESS podrían aplicar este método para buscar una civilización alienígena.

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