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NASA da pautas para futuras búsquedas de vida extraterrestre

11 de Sep, 2014 por William Steigerwald
Traducido por Mónica Caruana para Seti.cl

Izquierda: Las moléculas de ozono en la atmósfera de un planeta pueden indicar actividad biológica; sin embargo, la presencia de ozono, dióxido de carbono y  monóxido de carbono, sin metano, es probablemente un falso positivo. Derecha: La presencia de ozono, dióxido de carbono y metano, sin monóxido de carbono, indicaría un verdadero positivo. Crédito: NASA
Izquierda: Las moléculas de ozono en la atmósfera de un planeta pueden indicar actividad biológica; sin embargo, la presencia de ozono, dióxido de carbono y monóxido de carbono, sin metano, es probablemente un falso positivo. Derecha: La presencia de ozono, dióxido de carbono y metano, sin monóxido de carbono, indicaría un verdadero positivo. Crédito: NASA

Los astrónomos que exploran las atmósferas de otros planetas en busca de gases que podrían ser producidos por vida no pueden basarse únicamente en la detección de un solo tipo de gas ,ya sea oxígeno, ozono o metano porque, en algunos casos, estos gases pueden producirse de manera no biológica, de acuerdo con extensas simulaciones hechas por investigadores del Laboratorio Planetario Virtual del Instituto de Astrobiología de la NASA.

Los investigadores simularon cuidadosamente la química atmosférica de otros mundos desprovistos de vida miles de veces, durante un período de más de cuatro años, variando la composición atmosférica y los tipos de estrellas. “Cuando hicimos estos cálculos, encontramos que, en algunos casos, había una cantidad significativa de ozono que se formó en la atmósfera, a pesar de no haber nada de oxígeno fluyendo hacia ella”, dijo Shawn Domagal-Goldman, del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Esto tiene implicaciones importantes para nuestros futuros planes en la búsqueda de vida más allá de la Tierra”.

El metano es un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno. En la Tierra, este se produce en gran parte de manera biológica (las flatulencias de las vacas es el ejemplo clásico), pero también puede producirse de manera inorgánica; por ejemplo, los volcanes en el fondo del océano pueden liberar el gas después de que este es producido por las reacciones de las rocas con el agua de mar.
Anteriormente se pensaba que el ozono y el oxígeno eran biofirmas fuertes por sí solos. El ozono se compone de tres átomos de oxígeno unidos entre ellos. En la Tierra, esto se produce cuando el oxígeno molecular (dos átomos de oxígeno) y el oxígeno atómico (un solo átomo de oxígeno) se combinan, después de que el oxígeno atómico es creado por otras reacciones impulsadas por la luz solar o los relámpagos. La vida es la fuente mayoritaria de oxígeno molecular en nuestro planeta, ya que el gas se produce por la fotosíntesis en plantas y organimos unicelulares microscópicos. Ya que la vida domina la producción de oxígeno, y el oxígeno es necesario para el ozono, se creía que ambos gases eran biofirmas relativamente fuertes. Sin embargo, este estudio demostró que tanto el oxígeno molecular como el ozono pueden ser creados sin haber vida cuando la luz ultravioleta separa el dióxido de carbono (un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno). Su investigación sugiere que este proceso no biológico podría crear suficiente oxígeno como para ser detectable a través del espacio, por lo que la detección de ozono por sí sola no sería una señal definitiva de vida.
“Sin embargo, nuestra investigación refuerza el argumento de que la presencia de metano y oxígeno juntos, o de metano y ozono juntos, todavía es una señal fuerte de vida”, explicó Domagal-Goldman. “Nos hemos esforzado muchísimo para producir positivos falsos de vida, y sí encontramos algunos, pero solo cuando el oxígeno, el ozono o el metano aparecen solos”. Domagal-Goldman y Antígona Segura, de la Universidad Nacional Autónoma de México, en la Ciudad de México, son los autores principales de la publicación sobre esta investigación, junto con la astrónoma Victoria Meadows, el geólogo Mark Claire y Tyler Robinson, un experto en cómo se vería la Tierra si fuera un planeta extrasolar. La publicación apareció en el Astrophysical Journal del 10 de septiembre, y está disponible en línea.
La presencia de moléculas de metano y oxígeno juntas son una señal fiable de actividad biológica, ya que el metano no dura mucho en atmósferas que contienen moléculas que sostienen oxígeno. “Es como los estudiantes universitarios y la pizza”, dice Domagal-Goldman. “Si hay pizza en una habitación, y también hay estudiantes universitarios en esa habitación, hay grandes probabilidades de que la pizza haya llegado recientemente, porque los estudiantes se habrían comido la pizza rápidamente. Así pasa con el metano y el oxígeno: si ambos están presentes en la atmósfera, quiere decir que el metano apareció recientemente, porque el oxígeno forma parte de una red de reacciones que consumirían el metano. Sabes que el metano ha sido reabastecido. La mejor manera de reabastecer el metano en presencia del oxígeno, es con la vida. Lo contrario también es verdad; para que el oxígeno se mantenga en una atmósfera que tiene mucho metano, tiene que poder reabastecerse, y la mejor manera de hacer esto es con vida.”

Los científicos ya han usado modelos de computadora antes para simular la química atmosférica en planetas más allá de nuestro sistema solar (exoplanetas), y el equipo utilizó un modelo similar en su investigación. Sin embargo, los investigadores también desarrollaron un programa que automáticamente computa los cálculos miles de veces, para poder ver los resultados dentro de una amplia gama de composiciones atmosféricas y con diferentes tipos de estrellas.
Al hacer estas simulaciones, el equipo se aseguró de equilibrar las reacciones que podrían hacer aparecer moléculas de oxígeno en la atmósfera agregando reacciones que podrían hacerlas desaparecer. Por ejemplo, el oxígeno puede reaccionar con el hierro en la superficie de un planeta, creando óxidos de hierro; es esto lo que hace que la mayoría de las rocas rojas sean de ese color. Un proceso parecido es el que ha pintado el polvo de Marte, dándole al Planeta Rojo su tonalidad distintiva. Calcular la apariencia de una atmósfera equilibrada es importante porque este equlibrio permitiría que la atmósfera persista por escalas de tiempo geológicas. Dado que las vidas planetarias se miden en miles de millones de años, es poco probable que los astrónomos puedan por simple suerte llegar a observar un planeta durante un surgimiento temporal de oxígeno o metano que duraría tan solo miles o incluso millones de años.
Era importante hacer los cálculos en una amplia gama de casos, porque la producción no biológica de oxígeno está sujeta tanto al ambiente atmosférico como al estelar de un planeta. Si hay muchos gases que consumen oxígeno, como metano o hidrógeno, entonces cualquier oxígeno u ozono que se llegara a producir sería destruído en la atmósfera. Sin embargo, si la cantidad de gases que consumen oxígeno es extremadamente pequeña, el oxígeno y el ozono podrían permanecer un buen tiempo. De la misma manera, la producción y la destrucción de oxígeno, ozono y metano se producen por las reacciones químicas impulsadas por la luz; esto significa que el tipo de estrella es también un aspecto importante a considerar. Los diferentes tipos de estrelllas producen la mayoría de su luz en algún color específico. Por ejemplo, las estrellas calientes masivas o las estrellas con actividad explosiva frecuente producen más luz ultravioleta. “Si hay más luz ultravioleta tocando la atmósfera, va a impulsar estas reacciones químicas más eficientemente”, dijo Domagal-Goldman. “Más específicamente: los distintos colores (o longitudes de onda) de la luz ultravioleta pueden afectar la producción y destrucción del ozono de maneras distintas”.
Los astrónomos pueden detectar moléculas en las atmósferas de exoplanetas midiendo los colores de la luz de la estrella alrededor de la cual el exoplaneta está orbitando. Conforme esta luz pasa a través de la atmósfera del exoplaneta, es absorbida en parte por las moléculas atmosféricas. Diferentes moléculas absorben diferentes colores de luz, por lo que los astrónomos usan estos rasgos de absorción como “marcas” únicas del tipo y cantidad de moléculas presentes.
“Uno de los principales retos para identificar marcas de vida es diferenciar entre productos de vida y aquellos compuestos generados por procesos geológicos o reacciones químicas en la atmósfera. Para ello necesitamos entender no solo cómo la vida puede cambiar a un planeta sino también cómo funcionan los planetas y las características de las estrellas que albergan aquellos mundos”, dijo Segura.
El equipo planea usar esta investigación para hacer recomendaciones acerca de los requerimientos de futuros telescopios espaciales diseñados para explorar las atmósferas de exoplanetas en busca de señales de vida extraterrestre. “El contexto es la clave: no podemos únicamente buscar oxígeno, ozono o metano por sí solos”, explica Domagal-Goldman. “Para confirmar que es la vida lo que está creando el oxígeno o el ozono, necesitas expandir tu gama de longitud de onda para incluir rasgos de absorción de metano. Idealmente, también medirías otros gases como el dióxido de carbono y el monóxido de carbono [una molécula con un átomo de carbono y un átomo de oxígeno]. Por eso estamos pensando cuidadosamente en las situaciones que podrían hacernos tropezar dándonos un falso positivo de una señal. La buena noticia es que, al identificarlas, podemos crear un buen camino que nos permita evitar esas situaciones que los falsos positivos podrían causar. Ahora sabemos qué medidas tomar. El siguiente paso es decubrir qué necesitamos contruir y cómo construirlo”.

Referencia de la publicación: Astrophysical Journal

Proporcionado por NASA’s Goddard Space Flight Center