No es exagerado decir que el estudio de los planetas extrasolares se ha disparado en las \u00faltimas d\u00e9cadas. Hasta la fecha, se han confirmado 4.375 exoplanetas en 3.247 sistemas, con otros 5.856 candidatos en espera de confirmaci\u00f3n. En los \u00faltimos a\u00f1os, los estudios de exoplanetas han comenzado a pasar del proceso de descubrimiento a uno de caracterizaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Se espera que este proceso se acelere una vez que los telescopios de pr\u00f3xima generaci\u00f3n entren en funcionamiento.<\/p>\n\n\n\n
Como resultado, los astrobi\u00f3logos est\u00e1n trabajando para crear listas completas de posibles “biofirmas”, que se refiere a compuestos qu\u00edmicos y procesos asociados con la vida (ox\u00edgeno, di\u00f3xido de carbono, agua, etc).<\/p>\n\n\n\n
Pero seg\u00fan una nueva investigaci\u00f3n realizada por un equipo del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), otra posible firma biol\u00f3gica a la que deber\u00edamos estar atentos es un hidrocarburo llamado isopreno (C5H8).<\/p>\n\n\n\n
El estudio que describe sus hallazgos, “Evaluaci\u00f3n del isopreno como posible gas biofirma en exoplanetas con atm\u00f3sferas an\u00f3xicas”, apareci\u00f3 recientemente en l\u00ednea y ha sido aceptado para su publicaci\u00f3n por la revista Astrobiology.<\/p>\n\n\n\n
Por el bien de su estudio, el equipo del MIT examin\u00f3 la creciente lista de posibles firmas biol\u00f3gicas que los astr\u00f3nomos estar\u00e1n atentos en los pr\u00f3ximos a\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n
Hasta la fecha, la gran mayor\u00eda de exoplanetas se han detectado y confirmado mediante m\u00e9todos indirectos.<\/p>\n\n\n\n
En su mayor parte, los astr\u00f3nomos han confiado en el M\u00e9todo de Tr\u00e1nsito (Fotometr\u00eda de Tr\u00e1nsito) y el M\u00e9todo de Velocidad Radial (Espectroscop\u00eda Doppler), solos o en combinaci\u00f3n. Solo unos pocos han sido detectables usando Direct Imaging, lo que hace que sea muy dif\u00edcil caracterizar las atm\u00f3sferas y superficies de exoplanetas.<\/p>\n\n\n\n
Solo en raras ocasiones los astr\u00f3nomos han podido obtener espectros que les permitieron determinar la composici\u00f3n qu\u00edmica de la atm\u00f3sfera de ese planeta. Esto fue el resultado de la luz que atraves\u00f3 la atm\u00f3sfera 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 atm\u00f3sfera del exoplaneta.<\/p>\n\n\n\n
Mucho de esto ha tenido que ver con los l\u00edmites de nuestros telescopios actuales, que no tienen la resoluci\u00f3n necesaria para observar planetas rocosos m\u00e1s peque\u00f1os que orbitan m\u00e1s cerca de su estrella.<\/p>\n\n\n\n
Los astr\u00f3nomos y astrobi\u00f3logos creen que son estos planetas los que tienen m\u00e1s probabilidades de ser potencialmente habitables, pero cualquier luz reflejada de sus superficies y atm\u00f3sferas es dominada por la luz proveniente de sus estrellas.<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, eso cambiar\u00e1 pronto a medida que los instrumentos de pr\u00f3xima generaci\u00f3n como el Telescopio Espacial James Webb (JWST) lleguen al espacio. Sara Seager, profesora de F\u00edsica y Ciencias Planetarias en el MIT de la promoci\u00f3n de 1941, dirige el grupo de investigaci\u00f3n responsable (tambi\u00e9n conocido como Grupo Seager) y fue coautora del art\u00edculo.<\/p>\n\n\n\n
Como le dijo a Universe Today por correo electr\u00f3nico, “Con el pr\u00f3ximo lanzamiento en octubre de 2021 del Telescopio Espacial James Webb tendremos nuestra primera capacidad de buscar gases de firma biol\u00f3gica, pero ser\u00e1 dif\u00edcil porque las se\u00f1ales atmosf\u00e9ricas de un peque\u00f1o planeta rocoso son tan d\u00e9biles para Empecemos. Con el JWST en el horizonte, el n\u00famero de personas que trabajan en el campo ha crecido enormemente. Estudios como este est\u00e1n generando nuevos gases potenciales de firma biol\u00f3gica y otros trabajos que muestran posibles falsos positivos incluso para gases como el ox\u00edgeno.<\/p>\n\n\n\n
Una vez que est\u00e9 desplegado y operativo, el JWST podr\u00e1 observar nuestro Universo en longitudes de onda m\u00e1s largas (en el rango del infrarrojo cercano y medio) y con una sensibilidad muy mejorada.<\/p>\n\n\n\n
El telescopio tambi\u00e9n se basar\u00e1 en una serie de espectr\u00f3grafos para obtener datos de composici\u00f3n, as\u00ed como coron\u00f3grafos para bloquear la luz oscurecida de las estrellas madre. Esta tecnolog\u00eda permitir\u00e1 a los astr\u00f3nomos caracterizar las atm\u00f3sferas de planetas rocosos m\u00e1s peque\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n
A su vez, estos datos permitir\u00e1n a los cient\u00edficos imponer restricciones mucho m\u00e1s estrictas a la habitabilidad de un exoplaneta e incluso podr\u00edan conducir a la detecci\u00f3n de biofirmas conocidas (y\/o potenciales).<\/p>\n\n\n\n
Como se se\u00f1al\u00f3, estas “biofirmas” incluyen las indicaciones qu\u00edmicas asociadas con la vida y el proceso biol\u00f3gico, sin mencionar los tipos de condiciones que le son favorables.<\/p>\n\n\n\n
Estos incluyen ox\u00edgeno gaseoso (O2), que es esencial para la mayor\u00eda de las formas de vida en la Tierra y es producido por organismos fotosint\u00e9ticos (plantas, \u00e1rboles, cianobacterias, etc). Estos mismos organismos metabolizan el di\u00f3xido de carbono (CO2), que la vida que metaboliza el ox\u00edgeno emite como producto de desecho. Tambi\u00e9n est\u00e1 el agua (H2O), que es esencial para toda la vida tal como la conocemos, y el metano (CH4), que es emitido por la materia org\u00e1nica en descomposici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
Dado que se cree que la actividad volc\u00e1nica juega un papel importante en la habitabilidad planetaria, los subproductos qu\u00edmicos asociados con el vulcanismo: sulfuro de hidr\u00f3geno (H2S), di\u00f3xido de azufre (SO2), mon\u00f3xido de carbono (CO), gas hidr\u00f3geno (H2), etc. consideradas biofirmas.<\/p>\n\n\n\n
A esta lista, Zhan, Seager y sus colegas deseaban agregar otra posible firma biol\u00f3gica: el isopreno.<\/p>\n\n\n\n
Como explic\u00f3 Zhan a Universe Today por correo electr\u00f3nico: “Nuestro grupo de investigaci\u00f3n en el MIT se centra en utilizar un enfoque hol\u00edstico para explorar todos los gases posibles como posibles gases de firma biol\u00f3gica. Nuestro trabajo anterior llev\u00f3 a la creaci\u00f3n de la base de datos de todas las mol\u00e9culas peque\u00f1as. Procedemos a filtrar el Base de datos de ASM para identificar los candidatos de gas de firma biol\u00f3gica m\u00e1s plausibles, uno de los cuales es el isopreno, mediante el uso de m\u00e9todos de aprendizaje autom\u00e1tico y basados \u200b\u200ben datos”.<\/p>\n\n\n\n
Como su primo metano, el isopreno es una mol\u00e9cula de hidrocarburo org\u00e1nico que es producido como metabolito secundario por varias especies aqu\u00ed en la Tierra. Adem\u00e1s de los \u00e1rboles de hoja caduca, el isopreno tambi\u00e9n es producido por una variedad diversa de organismos evolutivos distantes, como bacterias, plantas y animales.<\/p>\n\n\n\n
Como explic\u00f3 Seager, esto lo hace prometedor como posible firma biol\u00f3gica. “El isopreno es prometedor porque es producido en grandes cualidades por la vida en la Tierra, \u00a1tanto como la producci\u00f3n de metano! Adem\u00e1s, una gran variedad de formas de vida (desde bacterias hasta plantas y animales), aquellas que est\u00e1n evolutivamente distantes entre s\u00ed, producen isopreno, lo que sugiere que podr\u00eda ser alg\u00fan tipo de bloque de construcci\u00f3n clave que la vida en otros lugares tambi\u00e9n podr\u00eda hacer”.<\/p>\n\n\n\n
Si bien el isopreno es tan abundante como el metano aqu\u00ed en la Tierra, el isopreno se destruye por la interacci\u00f3n con el ox\u00edgeno y los radicales que contienen ox\u00edgeno. Por esta raz\u00f3n, Zhang, Seager y su equipo optaron por centrarse en atm\u00f3sferas an\u00f3xicas. Estos son ambientes que est\u00e1n compuestos predominantemente de H2, CO2 y nitr\u00f3geno gaseoso (N2), que es similar a lo que la atm\u00f3sfera primordial de la Tierra estaba compuesta.<\/p>\n\n\n\n
Seg\u00fan sus hallazgos, un planeta primordial (donde la vida comienza a emerger) tendr\u00eda abundante isopreno en su atm\u00f3sfera.<\/p>\n\n\n\n
Este habr\u00eda sido el caso en la Tierra hace entre 4 y 2500 millones de a\u00f1os, cuando los organismos unicelulares eran la \u00fanica vida y las cianobacterias fotosint\u00e9ticas estaban convirtiendo lentamente la atm\u00f3sfera de la Tierra en una rica en ox\u00edgeno.<\/p>\n\n\n\n
Hace 2.500 millones de a\u00f1os, esto culmin\u00f3 con el “Gran Evento de Oxigenaci\u00f3n” (GOE), que result\u00f3 t\u00f3xico para muchos organismos (y metabolitos como el isopreno).<\/p>\n\n\n\n
Tambi\u00e9n fue durante este tiempo cuando comenzaron a surgir formas de vida complejas (eucariotas y organismos multicelulares). En este sentido, el isopreno podr\u00eda usarse para caracterizar planetas que se encuentran en medio de un cambio evolutivo importante y sentar las bases para futuros filos animales.<\/p>\n\n\n\n
Pero como se\u00f1al\u00f3 Zhang, descubrir esta posible firma biol\u00f3gica ser\u00e1 un desaf\u00edo, incluso para el JWST.<\/p>\n\n\n\n
“Las advertencias con el isopreno como biofirma son que: 1. Se necesita 10x-100x la tasa de producci\u00f3n de isopreno de la Tierra para la detecci\u00f3n [y] 2. Detectar la caracter\u00edstica espectral de isopreno en el infrarrojo cercano puede verse obstaculizada por la presencia de metano u otros hidrocarburos. la detecci\u00f3n de isopreno ser\u00e1 un desaf\u00edo con JWST, ya que muchas mol\u00e9culas de hidrocarburos comparten caracter\u00edsticas espectrales similares en longitudes de onda del infrarrojo cercano. Pero los telescopios futuros que se centren en la longitud de onda del IR medio podr\u00e1n detectar caracter\u00edsticas espectrales de isopreno de manera \u00fanica”.<\/p>\n\n\n\n
M\u00e1s all\u00e1 del JWST, el telescopio espacial Nancy Grace Roman (sucesor de la misi\u00f3n Hubble) tambi\u00e9n se trasladar\u00e1 al espacio en 2025. Este observatorio tendr\u00e1 el poder de “One-Hundred Hubbles” y sus filtros infrarrojos recientemente mejorados le permitir\u00e1n caracterizar exoplanetas por s\u00ed solo y mediante colaboraciones con el JWST y otros “grandes observatorios”.<\/p>\n\n\n\n
Tambi\u00e9n hay varios telescopios terrestres que se est\u00e1n construyendo actualmente aqu\u00ed en la Tierra que se basar\u00e1n en sofisticados espectr\u00f3metros, coron\u00f3grafos y \u00f3ptica adaptativa (AO). Estos incluyen el Extremely Large Telescope (ELT), el Giant Magellan Telescope (GMT), el Thirty Meter Telescope (TMT) Estos telescopios tambi\u00e9n podr\u00e1n realizar estudios de im\u00e1genes directas de exoplanetas, y se espera que los resultados sean innovadores.<\/p>\n\n\n\n
Entre instrumentos mejorados, t\u00e9cnicas y an\u00e1lisis de datos que mejoran r\u00e1pidamente y mejoras en nuestra metodolog\u00eda, solo se espera que el estudio de exoplanetas se acelere a\u00fan m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s de tener decenas de miles de m\u00e1s disponibles para su estudio (muchos de los cuales ser\u00e1n rocosos y “similares a la Tierra”), las vistas sin precedentes que tendremos de ellos nos permitir\u00e1n ver cu\u00e1ntos mundos habitables hay por ah\u00ed.<\/p>\n\n\n\n
Queda por ver si esto resultar\u00e1 o no en el descubrimiento de vida extraterrestre dentro de nuestras vidas.<\/p>\n\n\n\n
Pero una cosa est\u00e1 clara. En los pr\u00f3ximos a\u00f1os, cuando los astr\u00f3nomos comiencen a analizar todos los datos nuevos que tendr\u00e1n sobre las atm\u00f3sferas de exoplanetas, tendr\u00e1n una lista completa de firmas biol\u00f3gicas para guiarlos.<\/p>\n\n\n\n
El trabajo anterior de Seager y Zhan incluye un concepto para un invernadero marciano que podr\u00eda proporcionar toda la comida necesaria para una tripulaci\u00f3n de cuatro astronautas durante un m\u00e1ximo de dos a\u00f1os. Este invernadero, conocido como Biosphere Engineered Architecture for Viable Extraterrestrial Residence (BEAVER), ocup\u00f3 el segundo lugar en el BIG Idea Challenge de la NASA de 2019. Puedes leer m\u00e1s sobre esto aqu\u00ed<\/a>.<\/p>\n\n\n\n