agosto 9, 2022

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JWST demostró que puede detectar firmas de vida en exoplanetas

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Los ingredientes de la vida son repartidos por el universo. Si bien la Tierra es el único lugar conocido en el universo con vida, detectar vida más allá de la Tierra es un objetivo principal del astronomía moderna y ciencia planetaria.

Somos dos científicos que estudiamos exoplanetas y astrobiología. Gracias en gran parte a los telescopios de última generación como James Webb, los investigadores como nosotros pronto podrán medir la composición química de las atmósferas de los planetas alrededor de otras estrellas. La esperanza es que uno o más de estos planetas tengan una firma química de vida.

Hay muchos exoplanetas conocidos en zonas habitables, órbitas no demasiado cercanas a una estrella en la que hierve el agua, pero no tan lejos como para que el planeta se congele, como se marca en verde tanto para el sistema solar como para el sistema estelar Kepler-186 con su planetas etiquetados b, c, d, e y f. Crédito de la imagen: NASA Ames/SETI Institute/JPL-Caltech/Wikimedia Commons

exoplanetas habitables

Vida puede existir en el sistema solar donde hay agua líquida, como los acuíferos subterráneos en Marte o en los océanos de Europa, la luna de Júpiter. Sin embargo, buscar vida en estos lugares es increíblemente difícil ya que son difíciles de alcanzar y detectar vida requeriría enviar una sonda para devolver muestras físicas.

Muchos astrónomos creen que hay una Buena probabilidad de que exista vida en planetas que orbitan alrededor de otras estrellas.y es posible que sea donde la vida se encuentra primero.

Cálculos teóricos sugieren que hay alrededor de 300 millones de planetas potencialmente habitables sólo en la Vía Láctea y varios planetas habitables del tamaño de la Tierra dentro de solo 30 años luz de la Tierra, esencialmente los vecinos galácticos de la humanidad. Hasta ahora, los astrónomos descubierto más de 5.000 exoplanetasincluyendo cientos de potencialmente habitables, usando métodos indirectos que miden cómo un planeta afecta a su estrella cercana. Estas medidas pueden dar a los astrónomos información sobre la masa y el tamaño de un exoplaneta, pero no mucho más.

Cada material absorbe ciertas longitudes de onda de luz, como se muestra en este diagrama que describe las longitudes de onda de luz que absorben más fácilmente los diferentes tipos de clorofila. Crédito de la imagen: Daniele Pugliesi/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Búsqueda de firmas biológicas

Para detectar vida en un planeta distante, los astrobiólogos estudiarán la luz de las estrellas que interactuado con la superficie o la atmósfera de un planeta. Si la atmósfera o la superficie han sido transformadas por la vida, la luz puede brindar una pista, llamada «firma biológica».

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Durante la primera mitad de su existencia, la Tierra contaba con una atmósfera sin oxígeno, aunque albergaba vida simple unicelular. La firma biológica de la Tierra era muy débil durante esta era temprana. Cambió abruptamente Hace 2.400 millones de años cuando evolucionó una nueva familia de algas. Las algas utilizaron un proceso de fotosíntesis que produce oxígeno libre, oxígeno que no está unido químicamente a ningún otro elemento. A partir de ese momento, la atmósfera llena de oxígeno de la Tierra dejó una firma biológica fuerte y fácilmente detectable en la luz que la atraviesa.

Cuando la luz se refleja en la superficie de un material o pasa a través de un gas, es más probable que ciertas longitudes de onda de luz permanezcan atrapadas en la superficie del gas o material que otras. Esta captura selectiva de longitudes de onda de luz es la razón por la cual los objetos tienen diferentes colores. Las hojas son verdes porque la clorofila es particularmente buena para absorber la luz en las longitudes de onda rojas y azules. Cuando la luz incide en una hoja, las longitudes de onda rojas y azules se absorben, dejando principalmente luz verde para que se refleje en los ojos.

El patrón de falta de luz está determinado por la composición específica del material con el que interactúa la luz. Debido a esto, los astrónomos pueden aprender algo sobre la composición de la atmósfera o la superficie de un exoplaneta, en esencia, midiendo el color específico de la luz que proviene de un planeta.

Este método se puede utilizar para reconocer la presencia de ciertos gases atmosféricos asociados con la vida, como el oxígeno o el metano, porque estos gases dejan señales muy específicas en la luz. También podría usarse para detectar colores peculiares en la superficie de un planeta. En la Tierra, por ejemplo, la clorofila y otros pigmentos que las plantas y las algas usan para la fotosíntesis capturan longitudes de onda de luz específicas. estos pigmentos producir colores característicos que se pueden detectar usando una cámara infrarroja sensible. Si viera este color reflejado en la superficie de un planeta distante, podría significar la presencia de clorofila.

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Telescopios en el espacio y en la Tierra

El telescopio espacial James Webb es el primer telescopio capaz de detectar firmas químicas de exoplanetas, pero sus capacidades son limitadas. Crédito de la imagen: NASA/Wikimedia Commons

Se necesita un telescopio increíblemente poderoso para detectar estos cambios sutiles en la luz proveniente de un exoplaneta potencialmente habitable. Por ahora, el único telescopio capaz de tal hazaña es el nuevo Telescopio espacial James Webb. Como es inició operaciones científicas en julio de 2022, James Webb hizo una lectura de espectro exoplaneta gigante gaseoso WASP-96b. El espectro mostró la presencia de agua y nubes, pero es poco probable que un planeta tan grande y caliente como WASP-96b albergue vida.

Sin embargo, estos primeros datos muestran que James Webb puede detectar firmas químicas débiles en la luz proveniente de exoplanetas. En los próximos meses, Webb debería cambiar sus espejos para TRAPPIST-1eun planeta potencialmente habitable del tamaño de la Tierra a solo 39 años luz de la Tierra.

Webb puede buscar firmas biológicas estudiando planetas a medida que pasan frente a sus estrellas anfitrionas y capturando la luz de las estrellas se filtra a través de la atmósfera del planeta. Pero Webb no fue diseñado para buscar vida, por lo que el telescopio solo puede examinar algunos de los mundos potencialmente habitables más cercanos. También solo puede detectar cambios niveles atmosféricos de dióxido de carbono, metano y vapor de agua. Si bien ciertas combinaciones de estos gases puede sugerir la vidaWebb no puede detectar la presencia de oxígeno libre, que es la señal más fuerte de vida.

Los conceptos clave para futuros telescopios espaciales aún más poderosos incluyen planes para bloquear la luz brillante de la estrella anfitriona de un planeta para revelar la luz estelar reflejada desde el planeta. Esta idea es similar a usar la mano para bloquear la luz del sol para ver mejor algo en la distancia. Los futuros telescopios espaciales podrían usar pequeñas máscaras internas o naves espaciales grandes, externas, con forma de paraguas para hacer esto. Una vez que se bloquea la luz de las estrellas, es mucho más fácil estudiar la luz reflejada en un planeta.

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También hay tres telescopios terrestres masivos actualmente en construcción que podrán buscar firmas biológicas: el Telescopio Magallanes Gigantelos telescopio de treinta metros y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande. Cada uno es mucho más poderoso que los telescopios existentes en la Tierra y, a pesar de la desventaja de la atmósfera terrestre que distorsiona la luz de las estrellas, estos telescopios pueden sondear las atmósferas de los mundos cercanos en busca de oxígeno.

Los animales, incluidas las vacas, producen metano, pero también muchos procesos geológicos. Crédito de la imagen: Jernej Furman/Wikimedia Commons, CC POR

¿Es biología o geología?

Incluso utilizando los telescopios más potentes durante las próximas décadas, los astrobiólogos solo podrán detectar firmas biológicas fuertes producidas por mundos que han sido completamente transformados por la vida.

Desafortunadamente, la mayoría de los gases liberados por la vida terrestre también pueden ser producidos por procesos no biológicos: las vacas y los volcanes liberan metano. La fotosíntesis produce oxígeno, pero también lo hace la luz solar, cuando divide las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Existe uno hay buenas posibilidades de que los astrónomos detecten algunos falsos positivos al buscar la vida lejana. Para ayudar a descartar falsos positivos, los astrónomos deberán comprender un planeta de interés lo suficientemente bien como para saber si su los procesos geológicos o atmosféricos pueden imitar una firma biológica.

La próxima generación de estudios de exoplanetas tiene el potencial de romper la barrera de evidencia extraordinaria necesarios para probar la existencia de la vida. La primera publicación de datos del telescopio espacial James Webb nos da una idea del emocionante progreso que se avecina.La conversación

Chris ImpeyDistinguido Profesor Universitario de Astronomía, universidad de arizona y daniel apaiProfesor de Astronomía y Ciencias Planetarias, universidad de arizona

Este artículo se vuelve a publicar de La conversación bajo una licencia Creative Commons. leer el artículo original.

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