La caza de vida extraterrestre en planetas distantes podría estar operando con un gran punto ciego.
Eso se debe a que no estamos tomando en cuenta la naturaleza de la luz que emite la estrella anfitriona cuando interpretamos las firmas químicas de la vida, o biosignaturas, en algunos de los planetas candidatos más prometedores más allá de nuestro sistema solar. Si no consideramos ese factor crucial, podríamos perdernos en una búsqueda infructuosa a lo largo del cosmos.
A pesar de haber descubierto miles de exoplanetas, no hemos detectado evidencia convincente de vida alienígena en ninguno de ellos. Pero la astronomía está llegando a un punto en el que telescopios potentes pueden enfocarse en muchos más mundos potencialmente habitables. Los planetas que orbitan enanas rojas M, que son estrellas pequeñas y más frías que el Sol, son objetivos particularmente prometedores porque tienen una ventana de observación única. Cuando un planeta pasa frente a una de estas estrellas, bloquea una fracción relativamente grande de la luz estelar, lo que facilita la detección del planeta y de su atmósfera.
Además, hay muchos de ellos. Las enanas rojas M son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea. Sin embargo, si malinterpretamos cómo estas estrellas interactúan con las atmósferas planetarias, podríamos malinterpretar la importancia de las observaciones de algunos de los planetas más prometedores.
Las firmas biosignaturas más estudiadas son el metano, el oxígeno y el ozono. En la Tierra, a menudo son producidas por procesos biológicos, y el ozono actúa como indicador indirecto de oxígeno. Pero incluso en nuestro planeta, las moléculas típicamente asociadas a la vida no son huellas biológicas inequívocas. Estas moléculas pueden ser producidas por procesos geológicos y químicos, así como por reacciones atmosféricas con la luz solar.
Una posible detección de biosignatura encontrada en el cosmos, por lo tanto, es una pista, no una prueba de vida. No podemos interpretar las señales químicas que provienen de un planeta potencialmente habitable sin entender la estrella que lo ilumina. Las enanas rojas M emiten radiación ultravioleta que puede descomponer moléculas y activar reacciones químicas en la atmósfera de un planeta en órbita. La intensidad y la longitud de onda de la radiación influyen en qué moléculas se forman y sobreviven, así como en cuánto llegan a ser abundantes. Dos planetas con propiedades aparentemente idénticas podrían desarrollar atmósferas muy distintas simplemente porque orbitan estrellas con emisiones ultravioleta diferentes. La radiación de una estrella, por lo tanto, podría hacer que el mismo nivel de actividad biológica parezca más intenso en un planeta que en otro, o hacer que la química no biológica parezca de origen biológico.
Un estudio reciente enviado al servidor de preprints arXiv el 19 de agosto demostró esto utilizando planetas totalmente simulados. Los investigadores, liderados por el estudiante de posgrado de astronomía de la Universidad de California, Santa Cruz, C. Evan Davis, simularon planetas parecidos a la Tierra en órbita alrededor de dos tipos diferentes de enanas rojas M con edades que van desde 650 millones hasta 5 mil millones de años.
El equipo consideró atmósferas similares a la de la Tierra durante la era preindustrial rica en oxígeno y al eón Arcaico (aproximadamente de 4 mil millones a 2.5 mil millones de años atrás), cuando aparecieron los primeros seres vivos pero el oxígeno atmosférico era escaso. Los modelos consideraron la emisión ultravioleta habitual de las estrellas, es decir, estable, en lugar de las llamaradas de corta duración. Al cambiar las edades de las estrellas modeladas y la radiación ultravioleta mientras se mantenían los planetas comparables, investigaron cómo la evolución de una estrella cambiaba una atmósfera y las señales que los astrónomos podrían observar.
El primer descubrimiento convincente de vida en otro planeta dependerá de entender no solo ese planeta, sino también la estrella que dio forma a la atmósfera que observamos.
Alix Freckelton, astrofísica
Una de las diferencias más claras que el equipo encontró apareció en el metano. Los planetas simulados con atmósferas preindustriales que orbitan enanas rojas M de 5 mil millones de años acumularon hasta 10 veces más metano que los planetas equivalentes simulados para orbitar las estrellas más jóvenes de 650 millones de años. Las señales de metano producidas en los datos simulados fueron hasta un 68% más fuertes para los sistemas más antiguos. La emisión ultravioleta más débil de la enana roja M más antigua permitió que el metano sobreviviera más tiempo y se acumulara en las atmósferas planetarias simuladas. La señal más fuerte de metano podría hacer que un planeta que orbita una estrella más vieja parezca albergar más actividad biológica, cuando esta diferencia fue causada en realidad por la emisión ultravioleta de la estrella anfitriona.
Un resultado aún más llamativo provino del ozono. Para los planetas simulados parecidos a la Tierra en el Arcaico, que tenían bajo oxígeno y alta concentración de dióxido de carbono (CO2), la radiación ultravioleta más intensa de las enanas rojas M más jóvenes descompuso más CO2. Esto dio inicio a reacciones que crearon oxígeno y ozono sin participación de la vida. Algunas atmósferas planetarias modeladas contenían más de 100,000 veces más ozono que los modelos equivalentes alrededor de estrellas más viejas. Un observador hipotético podría interpretar erróneamente la señal de ozono resultante como una evidencia indirecta de oxígeno producido biológicamente. El ozono no es inútil como firma de vida, pero estas simulaciones muestran que no puede interpretarse con confianza sin conocer el entorno ultravioleta que dio forma a la atmósfera.
Por supuesto, los astrónomos ya saben que una sola molécula no probaría la existencia de vida en un exoplaneta. Los investigadores usan modelos atmosféricos, buscan combinaciones de gases y contemplan explicaciones no biológicas antes de describir una señal como una biosignatura potencial. Estos métodos siguen siendo valiosos para identificar los planetas más prometedores para una investigación adicional, incluso cuando nuestro conocimiento sobre sus estrellas es incompleto. Algunos podrían argumentar que estos métodos proporcionan una primera evaluación suficientemente confiable y que deberíamos reservar observaciones estelares más detalladas para los candidatos más fuertes.
Pero incluso el mejor modelo atmosférico puede desviarnos si la radiación estelar no se tiene en cuenta correctamente. Las observaciones ultravioleta de las enanas rojas M siguen siendo limitadas, por lo que los investigadores a menudo se basan en estimaciones de estrellas similares. Sin embargo, dos enanas rojas M que podrían parecer similares pueden producir niveles de UV muy diferentes. Los modelos atmosféricos basados en las mediciones estelares disponibles actualmente pueden ser suficientes para seleccionar objetivos prometedores, pero no para decidir si el origen de una señal es biológico. Reconocer simplemente que la estrella importa no es suficiente; necesitamos información precisa sobre la estrella específica que aloja al planeta.
Así que antes de enfocar nuestros telescopios en exoplanetas prometedores, debemos estudiar a sus estrellas anfitrionas. Esto requiere observaciones repetidas de ultravioleta, por lo general con telescopios o instrumentos diferentes o en periodos de tiempo distintos a los que usaríamos para estudiar el exoplaneta. Estas observaciones pueden caracterizar cómo varía la emisión de la estrella anfitriona a lo largo del tiempo, mientras que estimaciones más precisas de la edad estelar —que se pueden calcular a partir de propiedades como la rotación y la actividad magnética— revelarán cómo ha evolucionado esa radiación.
Entonces, una vez que comencemos a estudiar un exoplaneta, las posibles biosignaturas deben ser analizadas e interpretadas utilizando modelos informados por mediciones precisas de la estrella anfitriona. Como aconseja el estudio de preprint, los astrónomos también deberían buscar moléculas acompañantes, como monóxido de carbono, que podrían revelar si el ozono surgió a través de reacciones entre la luz y el dióxido de carbono en lugar de provenir de la biología. El primer descubrimiento convincente de vida en otro planeta dependerá de entender no solo ese planeta, sino también la estrella que dio forma a la atmósfera que observamos.
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