Este mes marcará un nuevo capítulo en la búsqueda de vida extraterrestre, cuando el telescopio espacial más poderoso construido hasta ahora comenzará a espiar planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. Los astrónomos esperan que el telescopio espacial James Webb revele si algunos de esos planetas albergan atmósferas que podrían albergar vida.
Identificar una atmósfera en otro sistema solar sería lo suficientemente notable. Pero incluso existe la posibilidad, aunque pequeña, de que una de estas atmósferas ofrezca lo que se conoce como biofirma: una señal de la vida misma.
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“Creo que podremos encontrar planetas que creemos que son interesantes, ya sabes, buenas posibilidades para la vida”, dijo Megan Mansfield, astrónoma de la Universidad de Arizona. «Pero no necesariamente podremos identificar la vida de inmediato».
Hasta ahora, la Tierra sigue siendo el único planeta del universo donde se sabe que existe vida. Los científicos han estado enviando sondas a Marte durante casi 60 años y aún no han encontrado marcianos. Pero es concebible que la vida se esconda bajo la superficie del Planeta Rojo o esté esperando a ser descubierta en una luna de Júpiter o Saturno. Algunos científicos han albergado la esperanza de que incluso Venus, a pesar de su atmósfera abrasadora de nubes de dióxido de azufre, podría ser el hogar de los venusinos.
Incluso si la Tierra resulta ser el único planeta que alberga vida en nuestro propio sistema solar, muchos otros sistemas solares en el universo albergan los llamados exoplanetas.
En 1995, los astrónomos franceses detectaron el primer exoplaneta que orbitaba alrededor de una estrella similar al Sol. Conocido como 51 Pegasi b, el exoplaneta resultó ser un hogar poco prometedor para la vida: un gigante gaseoso hinchado más grande que Júpiter y una temperatura de 1.800 grados Fahrenheit.
En los años transcurridos desde entonces, los científicos han encontrado más de 5.000 exoplanetas. Algunos de ellos son mucho más similares a la Tierra: aproximadamente del mismo tamaño, hechos de roca en lugar de gas y orbitan en una «zona de Ricitos de Oro» alrededor de su estrella, no tan cerca como para cocinarse pero no tanto como para congelarse.
Desafortunadamente, el tamaño relativamente pequeño de estos exoplanetas los ha hecho extremadamente difíciles de estudiar, hasta ahora. El Telescopio Espacial James Webb, lanzado la Navidad pasada, cambiará eso, actuando como una lupa que permitirá a los astrónomos mirar más de cerca estos mundos.
Desde su lanzamiento desde Kourou, Guayana Francesa, el telescopio ha viajado 1 millón de millas desde la Tierra, entrando en su propia órbita alrededor del sol. Allí, un escudo protege su espejo de 21 pies de cualquier calor o luz del sol o de la Tierra. En esta profunda oscuridad, el telescopio puede detectar destellos de luz tenues y distantes, incluidos aquellos que podrían revelar nuevos detalles sobre planetas lejanos.
El telescopio espacial “es el primer gran observatorio espacial que tiene en cuenta el estudio de las atmósferas de los exoplanetas en su diseño”, dijo Mansfield.
Los ingenieros de la NASA comenzaron a tomar fotografías de una serie de objetos con el telescopio Webb a mediados de junio y darán a conocer sus primeras imágenes al público el 12 de julio.
Los exoplanetas estarán en ese primer lote de imágenes, dijo Eric Smith, científico principal del programa. Debido a que el telescopio pasará relativamente poco tiempo observando los exoplanetas, Smith consideró esas primeras imágenes como una mirada «rápida y sucia» a la potencia del telescopio.
Esas miradas rápidas serán seguidas por una serie de observaciones mucho más largas, a partir de julio, que ofrecerán una imagen mucho más clara de los exoplanetas.
Varios equipos de astrónomos planean observar los siete planetas que orbitan alrededor de una estrella llamada Trappist-1. Observaciones anteriores han sugerido que tres de los planetas ocupan la zona habitable.
“Es un lugar ideal para buscar rastros de vida fuera del sistema solar”, dijo Olivia Lim, una estudiante graduada de la Universidad de Montreal que observará los planetas Trappist-1 a partir del 4 de julio.
Debido a que Trappist-1 es una estrella pequeña y fría, su zona habitable está más cerca de ella que en nuestro propio sistema solar. Como resultado, sus planetas potencialmente habitables orbitan a corta distancia y tardan solo unos días en dar la vuelta a la estrella. Cada vez que los planetas pasen frente a Trappist-1, los científicos podrán abordar una pregunta básica pero crucial: ¿Alguno de ellos tiene atmósfera?
“Si no tiene aire, no es habitable, incluso si está en la zona habitable”, dijo Nikole Lewis, astrónoma de la Universidad de Cornell.
Lewis y otros astrónomos no se sorprenderían de no encontrar atmósferas alrededor de los planetas de Trappist-1. Incluso si los planetas hubieran desarrollado atmósferas cuando se formaron, la estrella podría haberlas destruido hace mucho tiempo con radiación ultravioleta y de rayos X.
«Es posible que simplemente puedan eliminar toda la atmósfera de un planeta antes de que tenga la oportunidad de comenzar a formar vida», dijo Mansfield. “Esa es la pregunta de primer orden que estamos tratando de responder aquí: si estos planetas podrían tener una atmósfera lo suficientemente larga como para que pudieran desarrollar vida”.
Un planeta que pasa frente a Trappist-1 creará una pequeña sombra, pero la sombra será demasiado pequeña para que el telescopio espacial la capture. En cambio, el telescopio detectará una ligera atenuación en la luz que viaja desde la estrella.
“Es como mirar un eclipse solar con los ojos cerrados”, dijo Jacob Lustig-Yaeger, un astrónomo que realiza una beca posdoctoral en el Laboratorio de Física Aplicada de Johns Hopkins. “Es posible que tengas la sensación de que la luz se ha atenuado”.
Un planeta con atmósfera oscurecería la estrella detrás de él de manera diferente a como lo haría un planeta desnudo. Parte de la luz de la estrella pasará directamente a través de la atmósfera, pero los gases absorberán la luz en ciertas longitudes de onda. Si los astrónomos solo miran la luz de las estrellas en esas longitudes de onda, el planeta atenuará Trappist-1 aún más.
El telescopio enviará estas observaciones de Trappist-1 de vuelta a la Tierra. “Y luego recibe un correo electrónico que dice: ‘Hola, sus datos están disponibles’”, dijo Mansfield.
Pero la luz proveniente de Trappist-1 será tan débil que llevará tiempo entenderla. “Tu ojo está acostumbrado a lidiar con millones de fotones por segundo”, dijo Smith. “Pero estos telescopios, solo están recolectando unos pocos fotones por segundo”.
Antes de que Mansfield o sus compañeros astrónomos puedan analizar los exoplanetas que pasan frente a Trappist-1, primero tendrán que distinguirlo de las pequeñas fluctuaciones producidas por la propia maquinaria del telescopio.
“Gran parte del trabajo que realizo consiste en asegurarme de corregir cuidadosamente cualquier cosa extraña que esté haciendo el telescopio, para que podamos ver esas diminutas señales”, dijo Mansfield.
Es posible que al final de esos esfuerzos, Mansfield y sus colegas descubran una atmósfera alrededor de un planeta Trappist-1. Pero ese resultado por sí solo no revelará la naturaleza de la atmósfera. Podría ser rico en nitrógeno y oxígeno, como en la Tierra, o más parecido al estofado tóxico de dióxido de carbono y ácido sulfúrico en Venus. O podría ser una mezcla que los científicos nunca antes habían visto.
“No tenemos idea de qué están hechas estas atmósferas”, dijo Alexander Rathcke, astrónomo de la Universidad Técnica de Dinamarca. “Tenemos ideas, simulaciones y todas estas cosas, pero realmente no tenemos idea. Tenemos que ir y mirar”.
El telescopio espacial James Webb, a veces llamado JWST, puede resultar lo suficientemente potente como para determinar los ingredientes específicos de las atmósferas de exoplanetas porque cada tipo de molécula absorbe un rango diferente de longitudes de onda de luz.
Pero esos descubrimientos dependerán del clima en los exoplanetas. Un manto brillante y reflectante de nubes podría evitar que la luz de las estrellas entre en la atmósfera de un exoplaneta, arruinando cualquier intento de encontrar aire extraterrestre.
“Es realmente difícil distinguir entre una atmósfera con nubes o sin atmósfera”, dijo Rathcke.
Si el clima coopera, los astrónomos están especialmente ansiosos por ver si los exoplanetas tienen agua en sus atmósferas. Al menos en la Tierra, el agua es un requisito esencial para la biología. “Creemos que probablemente sería un buen punto de partida para buscar vida”, dijo Mansfield.
Pero una atmósfera acuosa no significa necesariamente que un exoplaneta albergue vida. Para estar seguros de que un planeta está vivo, los científicos tendrán que detectar una firma biológica, una molécula o una combinación de varias moléculas que es distintivamente hecha por seres vivos.
Los científicos todavía están debatiendo cuál sería una firma biológica confiable. La atmósfera de la Tierra es única en nuestro sistema solar porque contiene mucho oxígeno, en gran parte producto de plantas y algas. Pero el oxígeno también se puede producir sin la ayuda de la vida, cuando las moléculas de agua en el aire se dividen. El metano, igualmente, puede ser liberado por microbios vivos pero también por volcanes.
Es posible que exista un equilibrio particular de gases que pueda proporcionar una firma biológica clara, que no se puede mantener sin la ayuda de la vida.
“Necesitamos escenarios extremadamente favorables para encontrar estas firmas biológicas”, dijo Rathcke. “No digo que no sea posible. Creo que es exagerado. Necesitamos ser extremadamente afortunados”.
Joshua Krissansen-Totton, científico planetario de la Universidad de California, Santa Cruz, dijo que encontrar ese equilibrio puede requerir que el telescopio Webb observe un planeta que pasa repetidamente frente a Trappist-1.
“Si alguien se presenta en los próximos cinco años y dice: ‘Sí, hemos encontrado la vida con JWST’, seré muy escéptico ante esa afirmación”, dijo Krissansen-Totton.
Es posible que el telescopio espacial James Webb simplemente no sea capaz de encontrar firmas biológicas. Esa tarea podría tener que esperar a la próxima generación de telescopios espaciales, dentro de más de una década. Estos estudiarán los exoplanetas de la misma manera que las personas miran a Marte o Venus en el cielo nocturno: observando la luz de las estrellas reflejándose en ellos contra el fondo negro del espacio, en lugar de observarlos cuando pasan frente a una estrella.
“Principalmente, haremos el trabajo preliminar muy importante para futuros telescopios”, predijo Rathcke. “Me sorprendería mucho si JWST ofrece detecciones de firmas biológicas, pero espero que me corrijan. Quiero decir, esto es básicamente para lo que estoy haciendo este trabajo”.
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