Desentrañando la química de mundos alienígenas: una nueva ventana en la búsqueda de vida extraterrestre

¿Hay vida en otros planetas? Bueno, la pregunta es ya un clásico, pero responderla con evidencia científica no es fácil. Y hasta ahora no tenemos ninguna prueba de que fuera de la Tierra la haya. Sin embargo, dimensionando al Universo todo, en tamaño y posibilidades, este nos acorrala a grabar en bronce la frase en el libro Contacto de Carl Sagan: si somos los únicos en el Universo que desperdicio de espacio.

Tal vez por esa necesidad de encontrarnos como especie con otras similares, la búsqueda de vida extraterrestre es tan importante.

Los avances recientes en la investigación de exoplanetas, planetas en otras estrellas, han llegado, al menos en la teoría, a las complejidades químicas en esos mundos distantes, explorando posibles biofirmas (imágenes o espectros de luz) que podrían delatar la existencia de vida. Hoy hablaremos de los misterios del «desequilibrio químico», un actor clave en la búsqueda de eso: vida más allá de la Tierra.

Desequilibrio químico: un pionero de la firma biológica

Desde hace varios años, los grupos de investigación han propuesto que la presencia de desequilibrios químicos podría servir como una poderosa firma biológica.

Recordemos que las biofimas son evidencias visuales, medibles y cuantificables de la presencia de agentes biológicos, desde microorganismos hasta plantas o grandes mamíferos. Estas evidencias desde luego pueden ser captadas por grandes telescopios en tierra o el espacio. Por ejemplo, un exceso en la atmósfera de cierto tipo de gases producto de la combustión de medios de transporte podría delatar nuestra presencia en la Tierra. O, la presencia de metales pesados en algunas algas podría también delatar la vida en nuestro planeta, si una civilización extraterrestre analizara la luz solar reflejada en los mares terrestres.

Respecto a los desequilibrios en la composición química de la atmósfera de un planeta, estos podrían ser indicativos de procesos de vida que ocurren en su superficie. Por ejemplo, visto desde el espacio, la Tierra tiene cantidades de oxígeno molecular (O₂) y metano (CH₄) que por si solas no son sostenibles en el tiempo: tarde o temprano ambos gases deberían reaccionar y bajar sus concentraciones.

Sin embargo, ¿qué pasa aquí, en la Tierra? Bien, pues la vida vegetal produce grandes cantidades de O₂ y la vida animal hace lo propio con el CH₄. Dicho de otra manera, hay un desequilibrio químico en nuestra atmósfera, que una civilización extraterrestre con conocimientos básicos de química, termodinámica y buenos telescopios, podría interpretar como firma de que en este planeta azul hay vida.

Sin embargo, hasta ahora, no hemos comprendido completamente cómo las incertidumbres en nuestras observaciones podrían afectar nuestra capacidad para identificar estas biofirmas.

Y de eso va un trabajo reciente titulado Inferring Chemical Disequilibrium Biosignatures for Proterozoic Earth-Like Exoplanets, liderado por Amber Young del Departamento de Astronomía y Ciencias Planetarias de la Northern Arizona University, donde usan modelos computacionales para simular observaciones astronómicas con posibles biofirmas.

Sondeando exoplanetas similares a la Tierra

En esta investigación, los científicos han combinado una herramienta de simulación de atmósferas planetarias con un modelo termodinámico, creando una potente combinación para evaluar la detectabilidad de firmas de desequilibrio químico en exoplanetas similares a la Tierra. En esta investigación, similar a la Tierra significa un mundo del tamaño de la Tierra, con océanos, con presiones y temperaturas en la superficie similares a las de la Tierra y con una atmósfera dominada por N₂, H₂O y CO₂ con trazas de CH₄ y niveles variables de O₂.

Para esto usan como modelo el Eón Proterozoico (entre hace 2500 y 541 millones de años), una era crucial en la que la atmósfera de la Tierra pudo haber exhibido una gran abundancia de pares en desequilibrio oxígeno-metano, un signo potencial de vida. Como dato adicional, el oxígeno libre aparece en la atmósfera de la Tierra al comienzo del Proterozoico, y esta era termina justo antes de la aparición de la vida compleja.

Perspectivas de observación

Los investigadores simularon observaciones de luz reflejada, en un espectro de abundancias de gas, descubriendo resultados interesantes. En escenarios con alta abundancia de gas y relaciones señal-ruido (SNR) robustas, lograron restricciones de orden de magnitud en la energía de desequilibrio. Básicamente, esto significa que con buenos datos desde telescopios potentes (mayor SNR) y teniendo suerte al apuntar al exoplaneta adecuado, podemos medir los desequilibrios en la química de estas atmósferas distantes y sugerir escenarios tentadores sobre la vida allá.

Sin embargo, como ocurre con cualquier esfuerzo científico, persisten los desafíos. Con SNR moderadas y menores abundancias de gas, las restricciones a la energía de desequilibrio son más débiles.

A pesar de todo, la investigación destaca una fascinante vía de mejora: la inclusión de información que tengamos sobre una posible presencia de vapor de agua en los exoplanetas. Esta modesta adición mejora significativamente nuestra capacidad para detectar y cuantificar estos desequilibrios químicos, especialmente si nuestras observaciones las hacemos con telescopios infrarrojos.

Un enfoque independiente del metabolismo

Lo que hace que esta investigación sea particularmente interesante es su naturaleza independiente del metabolismo. Al detectar de forma remota biofirmas químicas en desequilibrio, los científicos pueden explorar el potencial de la vida sin nociones preconcebidas de cómo podría ser esa vida. Es un enfoque flexible y adaptable que nos permite lanzar una amplia red en la búsqueda de vida extraterrestre.

Por ejemplo, con el Telescopio James Webb o el futuro ELT podríamos analizar el espectro de luz reflejado o emitido por el exoplaneta. Si encontramos, supongamos, una proporción inusual de óxido nitroso (NO) a nitrógeno molecular (N₂), debemos explicarla como generada por procesos geológicos o atmosféricos conocidos. Si esto falla, podría ser indicativo de actividades biológicas en la superficie de ese planeta y el disparo de salida para enfocar todo nuestro potencial en él.

Aunque tendemos a normalizar todo lo que vemos a nuestro alrededor, el estado actual de la Tierra no es «normal». La Tierra fue muy diferente durante la mayor parte de su historia. Por eso tiene sentido buscar planetas que sean similares a cómo era la Tierra primitiva, por ejemplo durante el Proterozoico.

A medida que continuamos nuestra exploración cósmica, la ciencia traza nuevas pistas en la búsqueda de vida extraterrestre. Junto con los nuevos telescopios en tierra y el espacio, los avances computacionales y teóricos de la química en otros planetas resultarán fundamentales en lograr el objetivo de responder a la vieja pregunta, ¿Estamos solos en el Universo?

Referencia: Inferring Chemical Disequilibrium Biosignatures for Proterozoic Earth-Like Exoplanets

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