La búsqueda de planetas extrasolares está experimentando actualmente un cambio sísmico. Con el despliegue del Telescopio espacial Kepler y el Satélite de estudio de exoplanetas en tránsito (TESS), los científicos descubrieron miles de exoplanetas, la mayoría de los cuales fueron detectados y confirmados mediante métodos indirectos. Pero en años más recientes, y con el lanzamiento del Telescopio espacial James Webb (JWST), el campo ha estado haciendo una transición hacia uno de caracterización. En este proceso, los científicos se basan en los espectros de emisión de las atmósferas de los exoplanetas para buscar las firmas químicas que asociamos con la vida (biofirmas).
Sin embargo, existe cierta controversia sobre los tipos de firmas que los científicos deberían buscar. Esencialmente, la astrobiología utiliza la vida en la Tierra como modelo cuando busca indicios de vida extraterrestre, de forma muy parecida a cómo los cazadores de exoplanetas utilizan la Tierra como estándar para medir la “habitabilidad”. Pero como han señalado muchos científicos, la vida en la Tierra y su entorno natural han evolucionado considerablemente con el tiempo. en un artículo recienteun equipo internacional demostró cómo los astrobiólogos podrían buscar vida en TRAPPIST-1e basándose en lo que existía en la Tierra hace miles de millones de años.
El equipo estaba formado por astrónomos y astrobiólogos del Instituto de Sistemas Globales y de los Departamentos de Física y Astronomía, Matemáticas y Estadística y Ciencias Naturales de la Universidad de Exeter. A ellos se unieron investigadores de la Facultad de Ciencias de la Tierra y del Océano de la Universidad de Victoria y del Museo de Historia Natural de Londres. El artículo que describe sus hallazgos, “Biofirmas de vida fotosintetizadora de preoxígeno en TRAPPIST-1e”, se publicará en el Avisos mensuales de la Real Sociedad Astronómicay (MNRAS).
El sistema TRAPPIST-1 ha sido el foco de atención desde que los astrónomos confirmaron la presencia de tres exoplanetas en 2016, que aumentó a siete al año siguiente. Como uno de los muchos sistemas con una estrella madre de tipo M (enana roja) más fría y de baja masa, existen preguntas sin resolver sobre si alguno de sus planetas podría ser habitable. Gran parte de esto tiene que ver con la naturaleza variable e inestable de las enanas rojas, que son propensas a tener actividad inflamada y pueden no producir suficientes fotones necesarios para impulsar la fotosíntesis.
Con tantos planetas rocosos encontrados orbitando soles enanas rojas, incluido el exoplaneta más cercano a nuestro Sistema Solar (Proxima b), muchos astrónomos sienten que estos sistemas serían el lugar ideal para buscar vida extraterrestre. Al mismo tiempo, también enfatizaron que estos planetas necesitarían tener atmósferas espesas, campos magnéticos intrínsecos, suficientes mecanismos de transferencia de calor o todo lo anterior. Determinar si los exoplanetas cumplen estos requisitos previos para la vida es algo que el JWST y otros telescopios de próxima generación (como el propuesto por ESO) Telescopio extremadamente grande (ELT) – se espera que se habiliten.
Pero incluso con estos y otros instrumentos de próxima generación, todavía queda la cuestión de qué firmas biológicas deberíamos buscar. Como se señaló, nuestro planeta, su atmósfera y toda la vida tal como la conocemos han evolucionado considerablemente durante los últimos cuatro mil millones de años. Durante el Eón Arcaico (hace entre 4 y 2.500 millones de años), la atmósfera de la Tierra estaba compuesta predominantemente de dióxido de carbono, metano y gases volcánicos, y existían poco más que microorganismos anaeróbicos. Sólo en los últimos 1.620 millones de años apareció la primera vida multicelular y evolucionó hasta su complejidad actual.
Además, el número de pasos evolutivos (y su posible dificultad) necesarios para llegar a niveles más altos de complejidad significa que es posible que muchos planetas nunca desarrollen vida compleja. Esto es consistente con la Hipótesis del Gran Filtro, que afirma que si bien la vida puede ser común en el Universo, la vida avanzada puede no serlo. Como resultado, las biosferas microbianas simples similares a las que existieron durante el Arcaico podrían ser las más comunes. La clave, entonces, es realizar búsquedas que aíslen biofirmas consistentes con la vida primitiva y las condiciones que eran comunes a la Tierra hace miles de millones de años.
Esta concepción artística ilustra grandes asteroides que penetran en la atmósfera pobre en oxígeno de la Tierra. Crédito: SwRI/Dan Durda/Simone Marchi
Como explicó a Universe Today por correo electrónico el Dr. Jake Eager-Nash, investigador postdoctoral de la Universidad de Victoria y autor principal del estudio:
“Creo que la historia de la Tierra proporciona muchos ejemplos de cómo podrían ser los exoplanetas habitados, y es importante comprender las biofirmas en el contexto de la historia de la Tierra, ya que no tenemos otros ejemplos de cómo sería la vida en otros planetas. Durante el Arcaico, cuando se cree que surgió la vida por primera vez, hubo un período de hasta alrededor de mil millones de años antes de que la fotosíntesis productora de oxígeno evolucionara y se convirtiera en el productor primario dominante, las concentraciones de oxígeno eran realmente bajas. Entonces, si los planetas habitados siguen una trayectoria similar a la Tierra, podrían pasar mucho tiempo en un período como este sin biofirmas de oxígeno y ozono, por lo que es importante comprender cómo se ven las biofirmas de tipo Arcaico”.
Para su estudio, el equipo elaboró un modelo que consideraba condiciones similares a las del Arcaico y cómo la presencia de formas de vida tempranas consumiría algunos elementos mientras agregaba otros. Esto produjo un modelo en el que las bacterias simples que viven en los océanos consumen moléculas como hidrógeno (H) o monóxido de carbono (CO), creando carbohidratos como fuente de energía y metano (CH4) como residuo. Luego consideraron cómo se intercambiarían gases entre el océano y la atmósfera, lo que daría lugar a concentraciones más bajas de H y CO y mayores concentraciones de CH4. Dijo Eager-Nash:
“Se cree que las biofirmas de tipo arcaico requieren la presencia de metano, dióxido de carbono y vapor de agua, así como la ausencia de monóxido de carbono. Esto se debe a que el vapor de agua indica que hay agua, mientras que una atmósfera con metano y monóxido de carbono indica que la atmósfera está en desequilibrio, lo que significa que ambas especies no deberían existir juntas en la atmósfera ya que la química atmosférica convertiría todas de uno en el otro, a menos que haya algo, como la vida, que mantenga este desequilibrio. La ausencia de monóxido de carbono es importante ya que se cree que la vida desarrollaría rápidamente una forma de consumir esta fuente de energía”.
Impresión artística de la Tierra en el Arcaico temprano con una hidrosfera violácea y regiones costeras. Incluso en este primer período, la vida floreció y fue adquiriendo complejidad. Crédito: Oleg Kuznetsov
Cuando la concentración de gases es mayor en la atmósfera, el gas se disolverá en el océano, reponiendo el hidrógeno y el monóxido de carbono consumidos por las formas de vida simples. A medida que los niveles de metano producido biológicamente aumenten en el océano, se liberará a la atmósfera, donde se produce una química adicional y se transportan diferentes gases por todo el planeta. A partir de esto, el equipo obtuvo una composición general de la atmósfera para predecir qué firmas biológicas podrían detectarse.
“Lo que encontramos es que es probable que haya monóxido de carbono presente en la atmósfera de un planeta tipo Arcaico que orbita una enana M”, dijo Eager-Nash. “Esto se debe a que la estrella anfitriona impulsa una química que conduce a concentraciones más altas de monóxido de carbono en comparación con un planeta que orbita alrededor del Sol, incluso cuando tienes esta sustancia que consume vida. [compound].”
Durante años, los científicos han considerado cómo se podría ampliar una zona habitable circunsolar (CHZ) para incluir condiciones similares a las de la Tierra de períodos geológicos anteriores. De manera similar, los astrobiólogos han estado trabajando para arrojar una red más amplia sobre los tipos de firmas biológicas asociadas con formas de vida más antiguas (como los organismos fotosintéticos de la retina). En este último estudio, Eager-Nash y sus colegas han establecido una serie de biofirmas (agua, monóxido de carbono y metano) que podrían conducir al descubrimiento de vida en planetas rocosos de la era Arcaica que orbitan soles similares al Sol y enanas rojas.
Otras lecturas: arXiv
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2024-04-22 18:41:43
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