Este gas en específico puede ser un signo de vida en otro planeta

Astronomía

No es exagerado decir que el estudio de los planetas extrasolares se ha disparado en las últimas décadas. Hasta la fecha, se han confirmado 4.375 exoplanetas en 3.247 sistemas, con otros 5.856 candidatos en espera de confirmación. En los últimos años, los estudios de exoplanetas han comenzado a pasar del proceso de descubrimiento a uno de caracterización.

Se espera que este proceso se acelere una vez que los telescopios de próxima generación entren en funcionamiento.

Como resultado, los astrobiólogos están trabajando para crear listas completas de posibles “biofirmas”, que se refiere a compuestos químicos y procesos asociados con la vida (oxígeno, dióxido de carbono, agua, etc).

Pero según una nueva investigación realizada por un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), otra posible firma biológica a la que deberíamos estar atentos es un hidrocarburo llamado isopreno (C5H8).

El estudio que describe sus hallazgos, “Evaluación del isopreno como posible gas biofirma en exoplanetas con atmósferas anóxicas”, apareció recientemente en línea y ha sido aceptado para su publicación por la revista Astrobiology.

Por el bien de su estudio, el equipo del MIT examinó la creciente lista de posibles firmas biológicas que los astrónomos estarán atentos en los próximos años.

Hasta la fecha, la gran mayoría de exoplanetas se han detectado y confirmado mediante métodos indirectos.

En su mayor parte, los astrónomos han confiado en el Método de Tránsito (Fotometría de Tránsito) y el Método de Velocidad Radial (Espectroscopía Doppler), solos o en combinación. Solo unos pocos han sido detectables usando Direct Imaging, lo que hace que sea muy difícil caracterizar las atmósferas y superficies de exoplanetas.

Solo en raras ocasiones los astrónomos han podido obtener espectros que les permitieron determinar la composición química de la atmósfera de ese planeta. Esto fue el resultado de la luz que atravesó la atmósfera de un exoplaneta mientras transitaba frente a su estrella o en los pocos casos en los que se produjo la imagen directa y se pudo estudiar la luz reflejada desde la atmósfera del exoplaneta.

Mucho de esto ha tenido que ver con los límites de nuestros telescopios actuales, que no tienen la resolución necesaria para observar planetas rocosos más pequeños que orbitan más cerca de su estrella.

Los astrónomos y astrobiólogos creen que son estos planetas los que tienen más probabilidades de ser potencialmente habitables, pero cualquier luz reflejada de sus superficies y atmósferas es dominada por la luz proveniente de sus estrellas.

Sin embargo, eso cambiará pronto a medida que los instrumentos de próxima generación como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) lleguen al espacio. Sara Seager, profesora de Física y Ciencias Planetarias en el MIT de la promoción de 1941, dirige el grupo de investigación responsable (también conocido como Grupo Seager) y fue coautora del artículo.

Como le dijo a Universe Today por correo electrónico, “Con el próximo lanzamiento en octubre de 2021 del Telescopio Espacial James Webb tendremos nuestra primera capacidad de buscar gases de firma biológica, pero será difícil porque las señales atmosféricas de un pequeño planeta rocoso son tan débiles para Empecemos. Con el JWST en el horizonte, el número de personas que trabajan en el campo ha crecido enormemente. Estudios como este están generando nuevos gases potenciales de firma biológica y otros trabajos que muestran posibles falsos positivos incluso para gases como el oxígeno.

Una vez que esté desplegado y operativo, el JWST podrá observar nuestro Universo en longitudes de onda más largas (en el rango del infrarrojo cercano y medio) y con una sensibilidad muy mejorada.

El telescopio también se basará en una serie de espectrógrafos para obtener datos de composición, así como coronógrafos para bloquear la luz oscurecida de las estrellas madre. Esta tecnología permitirá a los astrónomos caracterizar las atmósferas de planetas rocosos más pequeños.

A su vez, estos datos permitirán a los científicos imponer restricciones mucho más estrictas a la habitabilidad de un exoplaneta e incluso podrían conducir a la detección de biofirmas conocidas (y/o potenciales).

Como se señaló, estas “biofirmas” incluyen las indicaciones químicas asociadas con la vida y el proceso biológico, sin mencionar los tipos de condiciones que le son favorables.

Estos incluyen oxígeno gaseoso (O2), que es esencial para la mayoría de las formas de vida en la Tierra y es producido por organismos fotosintéticos (plantas, árboles, cianobacterias, etc). Estos mismos organismos metabolizan el dióxido de carbono (CO2), que la vida que metaboliza el oxígeno emite como producto de desecho. También está el agua (H2O), que es esencial para toda la vida tal como la conocemos, y el metano (CH4), que es emitido por la materia orgánica en descomposición.

Dado que se cree que la actividad volcánica juega un papel importante en la habitabilidad planetaria, los subproductos químicos asociados con el vulcanismo: sulfuro de hidrógeno (H2S), dióxido de azufre (SO2), monóxido de carbono (CO), gas hidrógeno (H2), etc. consideradas biofirmas.

A esta lista, Zhan, Seager y sus colegas deseaban agregar otra posible firma biológica: el isopreno.

Como explicó Zhan a Universe Today por correo electrónico: “Nuestro grupo de investigación en el MIT se centra en utilizar un enfoque holístico para explorar todos los gases posibles como posibles gases de firma biológica. Nuestro trabajo anterior llevó a la creación de la base de datos de todas las moléculas pequeñas. Procedemos a filtrar el Base de datos de ASM para identificar los candidatos de gas de firma biológica más plausibles, uno de los cuales es el isopreno, mediante el uso de métodos de aprendizaje automático y basados ​​en datos”.

Como su primo metano, el isopreno es una molécula de hidrocarburo orgánico que es producido como metabolito secundario por varias especies aquí en la Tierra. Además de los árboles de hoja caduca, el isopreno también es producido por una variedad diversa de organismos evolutivos distantes, como bacterias, plantas y animales.

Como explicó Seager, esto lo hace prometedor como posible firma biológica. “El isopreno es prometedor porque es producido en grandes cualidades por la vida en la Tierra, ¡tanto como la producción de metano! Además, una gran variedad de formas de vida (desde bacterias hasta plantas y animales), aquellas que están evolutivamente distantes entre sí, producen isopreno, lo que sugiere que podría ser algún tipo de bloque de construcción clave que la vida en otros lugares también podría hacer”.

Si bien el isopreno es tan abundante como el metano aquí en la Tierra, el isopreno se destruye por la interacción con el oxígeno y los radicales que contienen oxígeno. Por esta razón, Zhang, Seager y su equipo optaron por centrarse en atmósferas anóxicas. Estos son ambientes que están compuestos predominantemente de H2, CO2 y nitrógeno gaseoso (N2), que es similar a lo que la atmósfera primordial de la Tierra estaba compuesta.

Según sus hallazgos, un planeta primordial (donde la vida comienza a emerger) tendría abundante isopreno en su atmósfera.

Este habría sido el caso en la Tierra hace entre 4 y 2500 millones de años, cuando los organismos unicelulares eran la única vida y las cianobacterias fotosintéticas estaban convirtiendo lentamente la atmósfera de la Tierra en una rica en oxígeno.

Hace 2.500 millones de años, esto culminó con el “Gran Evento de Oxigenación” (GOE), que resultó tóxico para muchos organismos (y metabolitos como el isopreno).

También fue durante este tiempo cuando comenzaron a surgir formas de vida complejas (eucariotas y organismos multicelulares). En este sentido, el isopreno podría usarse para caracterizar planetas que se encuentran en medio de un cambio evolutivo importante y sentar las bases para futuros filos animales.

Pero como señaló Zhang, descubrir esta posible firma biológica será un desafío, incluso para el JWST.

“Las advertencias con el isopreno como biofirma son que: 1. Se necesita 10x-100x la tasa de producción de isopreno de la Tierra para la detección [y] 2. Detectar la característica espectral de isopreno en el infrarrojo cercano puede verse obstaculizada por la presencia de metano u otros hidrocarburos. la detección de isopreno será un desafío con JWST, ya que muchas moléculas de hidrocarburos comparten características espectrales similares en longitudes de onda del infrarrojo cercano. Pero los telescopios futuros que se centren en la longitud de onda del IR medio podrán detectar características espectrales de isopreno de manera única”.

Más allá del JWST, el telescopio espacial Nancy Grace Roman (sucesor de la misión Hubble) también se trasladará al espacio en 2025. Este observatorio tendrá el poder de “One-Hundred Hubbles” y sus filtros infrarrojos recientemente mejorados le permitirán caracterizar exoplanetas por sí solo y mediante colaboraciones con el JWST y otros “grandes observatorios”.

También hay varios telescopios terrestres que se están construyendo actualmente aquí en la Tierra que se basarán en sofisticados espectrómetros, coronógrafos y óptica adaptativa (AO). Estos incluyen el Extremely Large Telescope (ELT), el Giant Magellan Telescope (GMT), el Thirty Meter Telescope (TMT) Estos telescopios también podrán realizar estudios de imágenes directas de exoplanetas, y se espera que los resultados sean innovadores.

Entre instrumentos mejorados, técnicas y análisis de datos que mejoran rápidamente y mejoras en nuestra metodología, solo se espera que el estudio de exoplanetas se acelere aún más.

Además de tener decenas de miles de más disponibles para su estudio (muchos de los cuales serán rocosos y “similares a la Tierra”), las vistas sin precedentes que tendremos de ellos nos permitirán ver cuántos mundos habitables hay por ahí.

Queda por ver si esto resultará o no en el descubrimiento de vida extraterrestre dentro de nuestras vidas.

Pero una cosa está clara. En los próximos años, cuando los astrónomos comiencen a analizar todos los datos nuevos que tendrán sobre las atmósferas de exoplanetas, tendrán una lista completa de firmas biológicas para guiarlos.

El trabajo anterior de Seager y Zhan incluye un concepto para un invernadero marciano que podría proporcionar toda la comida necesaria para una tripulación de cuatro astronautas durante un máximo de dos años. Este invernadero, conocido como Biosphere Engineered Architecture for Viable Extraterrestrial Residence (BEAVER), ocupó el segundo lugar en el BIG Idea Challenge de la NASA de 2019. Puedes leer más sobre esto aquí.

Fuente: Universe Today.

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