A pesar de los miles de exoplanetas descubiertos por los astrónomos en los últimos años, determinar si alguno de ellos es habitable o no es un gran desafío. Como no podemos estudiar estos planetas directamente, los científicos se ven obligados a buscar indicaciones indirectas. Estas se conocen como biosignaturas, que consisten en los subproductos químicos que asociamos con la vida orgánica que aparece en la atmósfera de un planeta.
Un nuevo estudio realizado por un equipo de científicos de la NASA propone un nuevo método para buscar posibles signos de vida más allá de nuestro Sistema Solar. La clave, recomiendan, es aprovechar las frecuentes tormentas estelares de las estrellas enanas jóvenes y frías. Estas tormentas arrojan enormes nubes de material estelar y radiación al espacio, interactuando con atmósferas de exoplanetas y produciendo firmas biológicas que podrían detectarse.
El estudio, titulado "Balizas atmosféricas de vida de exoplanetas alrededor de estrellas G y K", apareció recientemente en Nature Scientific Reports. Dirigido por Vladimir S. Airapetian, un astrofísico senior de la División de Ciencia de Heliofísica (HSD) en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, el equipo incluyó miembros del Centro de Investigación Langley de la NASA, el Sistema de Ciencia y Aplicaciones Incorporadas (SSAI) y la Universidad Americana .
Tradicionalmente, los investigadores han buscado signos de oxígeno y metano en atmósferas de exoplanetas, ya que estos son subproductos bien conocidos de los procesos orgánicos. Con el tiempo, estos gases se acumulan, alcanzando cantidades que podrían detectarse mediante espectroscopía. Sin embargo, este enfoque requiere mucho tiempo y requiere que los astrónomos pasen días tratando de observar espectros desde un planeta distante.
Pero según Airapetian y sus colegas, es posible buscar firmas más crudas en mundos potencialmente habitables. Este enfoque dependería de la tecnología y los recursos existentes y tomaría mucho menos tiempo. Como Airapetian explicó en un comunicado de prensa de la NASA:
"Estamos en busca de moléculas formadas a partir de requisitos previos fundamentales para la vida, específicamente nitrógeno molecular, que es el 78 por ciento de nuestra atmósfera. Estas son moléculas básicas que son biológicamente amigables y tienen un fuerte poder de emisión de infrarrojos, lo que aumenta nuestras posibilidades de detectarlas ".
Utilizando la vida en la Tierra como plantilla, Airapetian y su equipo diseñaron un nuevo método para observar o detectar signos de subproductos de vapor de agua, nitrógeno y oxígeno en atmósferas de exoplanetas. Sin embargo, el verdadero truco es aprovechar los tipos de eventos climáticos espaciales extremos que ocurren con estrellas enanas activas. Estos eventos, que exponen atmósferas planetarias a ráfagas de radiación, causan reacciones químicas que los astrónomos pueden detectar.
Cuando se trata de estrellas como nuestro Sol, una enana amarilla de tipo G, estos eventos climáticos son comunes cuando aún son jóvenes. Sin embargo, se sabe que otras estrellas amarillas y anaranjadas permanecen activas durante miles de millones de años, produciendo tormentas de partículas energéticas y cargadas. Y las estrellas tipo M (enana roja), el tipo más común en el Universo, permanecen activas a lo largo de su larga vida, sometiendo periódicamente sus planetas a mini bengalas.
Cuando estos alcanzan un exoplaneta, reaccionan con la atmósfera y causan la disociación química del nitrógeno (N²) y el oxígeno (O²) en átomos individuales, y el vapor de agua en hidrógeno y oxígeno. Los átomos de nitrógeno y oxígeno descompuestos provocan una cascada de reacciones químicas que producen hidroxilo (OH), más oxígeno molecular (O) y óxido nítrico (NO), lo que los científicos denominan "balizas atmosféricas".
Cuando la luz de las estrellas golpea la atmósfera de un planeta, estas moléculas de baliza absorben la energía y emiten radiación infrarroja. Al examinar las longitudes de onda particulares de esta radiación, los científicos pueden determinar qué elementos químicos están presentes. La intensidad de la señal de estos elementos también es una indicación de la presión atmosférica. En conjunto, estas lecturas permiten a los científicos determinar la densidad y composición de una atmósfera.
Durante décadas, los astrónomos también han utilizado un modelo para calcular cómo se forma el ozono (O³) en la atmósfera de la Tierra a partir del oxígeno que está expuesto a la radiación solar. Usando este mismo modelo, y combinándolo con los eventos del clima espacial que se esperan de estrellas frías y activas, Airapetian y sus colegas trataron de calcular cuánto óxido nítrico e hidroxilo se formarían en una atmósfera similar a la Tierra y cuánto ozono se destruiría. .
Para lograr esto, consultaron datos de la misión Termosfera Ionosfera Mesosfera Dinámica Energética (TIMED) de la NASA, que ha estado estudiando la formación de balizas en la atmósfera de la Tierra durante años. Específicamente, utilizaron datos de su Sondeo de la atmósfera utilizando el instrumento de radiometría de emisión de banda ancha (SABRE), que les permitió simular cómo podrían aparecer las observaciones infrarrojas de estas balizas en atmósferas de exoplanetas.
Como Martin Mlynczak, el investigador principal asociado de SABRE en el Centro de Investigación Langley de la NASA y coautor del artículo, indicó:
“Tomando lo que sabemos sobre la radiación infrarroja emitida por la atmósfera de la Tierra, la idea es mirar los exoplanetas y ver qué tipo de señales podemos detectar. Si encontramos señales de exoplanetas en casi la misma proporción que las de la Tierra, podríamos decir que el planeta es un buen candidato para albergar vida ".
Lo que encontraron fue que la frecuencia de las tormentas estelares intensas estaba directamente relacionada con la fuerza de las señales de calor provenientes de las balizas atmosféricas. Cuantas más tormentas ocurren, más moléculas de baliza se crean, generando una señal lo suficientemente fuerte como para ser observada desde la Tierra con un telescopio espacial, y basada en solo dos horas de tiempo de observación.
También descubrieron que este tipo de método puede eliminar los exoplanetas que no poseen un campo magnético similar a la Tierra, que interactúan naturalmente con partículas cargadas del Sol. La presencia de dicho campo es lo que asegura que la atmósfera de un planeta no se elimine, y por lo tanto es esencial para la habitabilidad. Como explicó Airapetian:
“Un planeta necesita un campo magnético, que proteja la atmósfera y proteja al planeta de tormentas estelares y radiación. Si los vientos estelares no son tan extremos como para comprimir el campo magnético de un exoplaneta cerca de su superficie, el campo magnético evita el escape atmosférico, por lo que hay más partículas en la atmósfera y una señal infrarroja resultante más fuerte ".
Este nuevo modelo es significativo por varias razones. Por un lado, muestra cómo la investigación que ha permitido estudios detallados de la atmósfera de la Tierra y cómo interactúa con el clima espacial ahora se está aplicando al estudio de los exoplanetas. También es emocionante porque podría permitir nuevos estudios de habitabilidad de exoplanetas alrededor de ciertas clases de estrellas, que van desde muchos tipos de estrellas amarillas y anaranjadas hasta estrellas enanas rojas frías.
Las enanas rojas son el tipo de estrella más común en el Universo, y representan el 70% de las estrellas en galaxias espirales y el 90% en galaxias elípticas. Además, según los descubrimientos recientes, los astrónomos estiman que es muy probable que las estrellas enanas rojas tengan sistemas de planetas rocosos. El equipo de investigación también anticipa que los instrumentos espaciales de próxima generación como el James Webb Space Telescope aumentarán la probabilidad de encontrar planetas habitables utilizando este modelo.
Como dijo William Danchi, astrofísico senior y coautor de Goddard en el estudio:
“Las nuevas ideas sobre el potencial de vida en los exoplanetas dependen de manera crítica de la investigación interdisciplinaria en la que se utilizan datos, modelos y técnicas de las cuatro divisiones científicas de la NASA Goddard: heliofísica, astrofísica, ciencias planetarias y de la Tierra. Esta mezcla produce nuevas y poderosas vías para la investigación de exoplanetas ”.
Hasta el momento en que podamos estudiar los exoplanetas directamente, cualquier desarrollo que haga que las biofirmas sean más perceptibles y fáciles de detectar es increíblemente valioso. En los próximos años, Project Blue y Breakthrough Starshot esperan realizar los primeros estudios directos del sistema Alpha Centauri. Pero mientras tanto, ¡los modelos mejorados que nos permiten inspeccionar innumerables otras estrellas en busca de exoplanetas potencialmente habitables son dorados!
¡No solo mejorarán enormemente nuestra comprensión de cuán comunes son esos planetas, sino que también podrían apuntarnos en la dirección de uno o más Tierra 2.0!
