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Buscando vida lejos de casa: estamos preparados

  • Título del artículo científico: There’s more to life than O2: Simulating the detectability of a range of molecules for ground-based high-resolution spectroscopy of transiting terrestrial exoplanets.
  • Autores/as: Miles H. Currie, Victoria S. Meadows y Kaitlin C. Rasmussen.
  • Institución del primer autor: Departamento de Astronomía y Programa de Astrobiología, Universidad de Washington, Seattle, Estados Unidos. 
  • Estado: Aceptado para publicación en The Planetary Science Journal, disponible en ArXiv.

Luego de la confirmación de la existencia de exoplanetas en la década de 1990, los astrónomos han dedicado muchos esfuerzos a la búsqueda de vida fuera de nuestro Sistema Solar. En este sentido, la misión Kepler de la NASA lanzada en el 2009 tuvo como principal objetivo descubrir exoplanetas potencialmente aptos para desarrollar vida, encontrando más de 2600 mundos orbitando otras estrellas.

En búsqueda de vida, la técnica más usada es la espectroscopía de transmisión: cuando un planeta pasa por delante de su estrella, bloquea parte de la luz que nosotros recibimos. En caso de que el planeta tenga atmósfera, la luz de la estrella es bloqueada solo parcialmente y el patrón de luz bloqueada (llamado espectro) permite diferenciar qué gases forman dicha atmósfera planetaria. Habiendo diferenciado qué gases están presentes en la atmósfera, los investigadores buscan biofirmas: compuestos que son producidos por procesos biológicos observados en la Tierra, como oxígeno, metano, y vapor de agua.

Entre los compuestos nombrados, el oxígeno es la estrella del grupo, puesto que en la Tierra es fundamental para la existencia de vida. Sin embargo, en el artículo de hoy se explora cómo otras moléculas pueden ayudar en la tarea de la detección de vida.

Hay vida más allá del oxígeno

Uno de los puntos más importantes son planteados en el artículo es que el oxígeno que se observa en las atmósferas de algunos exoplanetas no necesariamente implica la presencia de vida. Por ejemplo, el dióxido de carbono (CO2, muy abundante en la atmósfera de Venus, por ejemplo) puede transformarse en oxígeno por la acción de la luz de la estrella en un proceso llamado fotólisis, sin necesidad de que exista vida. Es por esto que los autores plantean un nuevo método que podría ser usado en el futuro, cuando una nueva generación de telescopios terrestres extremadamente grandes para estimar qué tan detectables son las biofirmas. 

Este método consta de dos partes. Por un lado simulan los espectros que tendrían 4 tipos de atmósfera haciendo uso de una combinación de modelos llamados VPL-Climate, Atmos y SMART: la atmósfera de la Tierra durante el eón Arcaico (ocurrido entre 2800 y 4000 millones de años en el pasado), la misma durante la época pre revolución industrial (hace unos 200 años), una atmósfera con oxígeno proviniente de la fotólisis del dióxido de carbono y otra similar, donde el oxígeno es producido por la presencia de rayos sumada a la fotólisis. Una vez obtenidos los espectros de estas atmósferas de referencia (en el artículo son llamadas templates, en español traducido como plantilla), son comparados con espectros obtenidos por los telescopios, particularmente prestando atención a las cantidades de ciertos tipos de compuestos presentes en estas atmósferas: oxígeno (O2), metano (CH4), dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), ozono (O3), monóxido de carbono (CO) y etano (C2H6). Para realizar esta comparación, este método se basa en un análisis de correlación cruzada. El resultado de este análisis es un número llamado coeficiente de correlación, representado con la letra griega σ y que varía entre 0 y 1 dependiendo del nivel de similitud entre cada uno de los templates y el espectro observado (Figura 1).

Figura 1: Esquema del método presentado en el artículo. La fila superior muestra la elección de los templates y el cálculo de los parámetros de la atmósfera. Esos parámetros son utilizados para generar el espectro de los templates. Por otro lado, las observaciones de los telescopios son generadas sintéticamente. Finalmente, los espectros de las observaciones sintéticas y de los templates son combinados para hallar la correlación cruzada. Crédito: adaptado de la figura 1 del artículo original.

Estamos listos para los nuevos telescopios

Como mencionamos anteriormente, la idea es usar este método con la nueva generación de telescopios que estarán disponibles en los próximos años. Por este motivo, los datos de espectros de exoplanetas necesarios no están aún disponibles, así que los autores crean espectros sintéticos basados en las previsiones de cómo funcionarán estos telescopios. Aún así, este trabajo es muy útil porque permite estimar si los nuevos observatorios serán capaces de distinguir entre estos tipos de atmósfera.

En particular, una de las conclusiones más importantes es que observar solamente la presencia de oxígeno en una atmósfera no permite distinguir la presencia de vida. Sin embargo, algunas combinaciones de los compuestos buscados son especialmente buenas (Figura 2). Este es el caso de la combinación dióxido de carbono-metano (CO2 – CH4): solo las atmósferas con patrones similares a los de los templates de la Tierra, tanto antigua como moderna, contienen cantidades de ambos compuestos que pueden ser detectables con los nuevos telescopios. Por motivos similares se pueden distinguir atmósferas abióticas de aquellas similares a la de la Tierra observando la combinación O2 – H2O – CO.

Figura 2: El eje horizontal muestra la detectabilidad de distintos compuestos para cada uno de los distintos tipos de atmósferas de los templates, y el eje vertical la cantidad de observaciones necesarias para detectar dicho compuesto. Si un símbolo no aparece significa que dicho compuesto no es observable en al menos 300 observaciones. Los colores de los símbolos representan distintos tipos de estrellas. Aquí se pueden ver las relaciones mencionadas que sirven para distinguir entre atmósferas similares a la Tierra de aquellas en las que no hay vida presente. Crédito: figura 10 del artículo original.

Este artículo entonces muestra entonces la capacidad de las nuevas generaciones de telescopios para encontrar planetas con atmósferas compatibles con la vida. Sin lugar a dudas será muy relevante en los próximos años, cuando algunos de estos grandes telescopios, por ejemplo el Telescopio Extremadamente Grande (ELT por sus siglas en inglés) de la Agencia Espacial Europea (ESA), se ponga en marcha, así que ¡a estar atentos!

Crédito de la figura destacada: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC-Caltech)

Comentarios

Un comentario en “Buscando vida lejos de casa: estamos preparados

  1. En la búsqueda de vida en exoplanetas, la espectroscopía de transmisión ha sido una herramienta crucial. Sin embargo, este artículo nos muestra que no debemos centrarnos solo en el oxígeno como señal de vida. La idea de explorar otras moléculas para detectar biofirmas es emocionante. Además, el método propuesto para comparar espectros es innovador y prometedor. La exploración del universo sigue sorprendiéndonos y ampliando nuestros horizontes. ¡Un emocionante paso adelante en la astrobiología!

    Publicado por Juan | 13/11/2023, 09:49

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