Investigación conjunta de la UNAM con la NASA proporciona
una guía para buscar vida extraterrestre
- La Dra.
Antígona Segura Peralta, investigadora del Instituto de Ciencias Nucleares
de la UNAM, colaboró en una investigación con la NASA que podría servir
como guía para detectar evidencias confiables de vida extraterrestre.
- A través
de simulaciones detalladas, los investigadores recrearon la química
atmosférica de planetas no habitados y encontraron que la detección de un
solo gas que usualmente se asocia a la vida en la Tierra no es suficiente
para confirmar la existencia de ésta en otros planetas.
- Esta
investigación encontró que las combinaciones de metano y oxígeno, o metano
y ozono son fuertes indicadores de vida. Este hallazgo podría ayudar a
construir telescopios en el futuro que sean más eficientes en la detección
de bioseñales.
Un grupo de
astrónomos y astrobiólogos de la NASA y del Instituto de Ciencias Nucleares de
la UNAM mostró que cuando se buscan gases asociados a la vida en otros
planetas, no se pueden confirmar la presencia de ésta cuando se detecta
solamente un tipo de gas, por ejemplo oxígeno, ozono, o metano, ya que éstos
pueden ser producidos por procesos abióticos.
A través de
simulaciones muy detalladas, los investigadores recrearon la química
atmosférica que podría existir en planetas sin vida. Por más de cuatro años,
probaron miles de variaciones en la composición atmosférica de los planetas y
en el tipo de estrellas que orbitaban. “Shawn y yo estudiábamos atmósferas
similares a la Tierra, cuando aún no tenía vida y encontramos de forma
independiente, que había mucho más ozono del esperado. El ozono viene del
oxígeno, pero nuestras atmósferas tenían cantidades despreciables de este
compuesto. Este oxígeno, a diferencia del que respiramos hoy en día era
producido por reacciones químicas en la atmósfera” señaló Antígona Segura, investigadora del
Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM. “Esto tiene importantes
consecuencias para nuestros planes a futuro para buscar vida fuera de la
Tierra”. comentó Shawn Domagal-Goldman, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de
la NASA, en Greenbelt, Maryland.
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Antígona Segura, investigadora del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM |
El metano está
compuesto por un átomo de carbono unido a cuatro átomos de hidrógeno. En la
Tierra, casi todo este gas se produce biológicamente (el característico olor
del excremento de las vacas es un ejemplo recurrente), pero también se puede
obtener de maneras no biológicas, como en los volcanes del fondo de los
océanos, que liberan este gas después de que se produce a través de la reacción
de ciertas rocas con el agua de mar.
Anteriormente
se pensaba que el ozono y el oxígeno eran las bioseñales más confiables. El
ozono está compuesto por tres átomos de oxígeno. En la Tierra se produce cuando
un átomo de oxígeno solitario, que se liberó a causa de la radiación solar o
los relámpagos, se une al oxígeno molecular (que son dos átomos de oxígeno
enlazados). La vida es la principal fuente de oxígeno molecular en nuestro
planeta, pues se produce por la fotosíntesis de las plantas y organismos
unicelulares. Como la vida produce oxígeno y éste se necesita para producir
ozono, se pensaba que ambos gases eran una buena señal de la presencia de vida.
Se sabe que tanto el oxígeno molecular como el ozono, se pueden producir cuando
la radiación ultravioleta rompe moléculas de dióxido de carbono (un carbono
unido a dos oxígenos) pero investigaciones anteriores sugerían que no se
producirían en cantidades importantes. La nueva investigación muestra que este
proceso no biológico podría crear suficiente ozono para ser detectable, así que
este gas no puede ser una prueba definitiva de la presencia de seres vivos.
“Encontramos
que cuando el metano y el oxígeno, o el ozono, no son producidos por la vida la
relación entre sus concentraciones es diferente a aquella que presentan cuando
ambos son el resultado de un proceso biológico. De esta forma la detección de
ambos compuestos son un indicador efectivo de la presencia de vida”, señaló la
Dra. Segura.
“Realmente nos esforzamos en crear señales de
falso positivo para vida, y encontramos algunas, pero sólo para oxígeno, ozono
o metano por separado.” dijo Domagal-Goldman quien junto con Antígona Segura,
del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de
México, son los autores principales del artículo que reporta los resultados de
esta investigación, mismo que se publicará en The Astrophysical Journal, el 10 de septiembre de 2014, y ya está
disponible en línea en: http://stacks.iop.org/0004-637X/792/90.
En el artículo colaboraron la astrónoma Victoria Meadows, el geólogo, Mark
Claire y Tyler Robinson, experto en la forma en estudiar a la Tierra como si
fuera un planeta alrededor de otra estrella.
Juntas, las moléculas
de metano y oxígeno son una señal confiable de actividad biológica, porque el
metano no dura mucho en una atmósfera que contiene moléculas con oxígeno. “Esto
es como los estudiantes universitarios y la pizza”, señaló Domagal-Goldman. “Si
hay pizza en un cuarto, y también hay estudiantes, lo más probable es que la
pizza acaba de llegar, porque los adolescentes acaban muy rápido con la pizza.
Lo mismo pasa con el metano y el oxígeno. Si los encontramos juntos en la
atmósfera, el metano acaba de llegar, porque el oxígeno forma parte de una
cadena de reacciones que consume rápidamente el metano. Así que el metano está
siendo reemplazado continuamente, y la mejor manera de reemplazarlo en
presencia del oxígeno es con actividad biológica. Y también funciona al revés.
Para mantener los niveles de oxígeno en una atmósfera con mucho metano, tienes
que liberar más oxígeno, y el mejor método para hacerlo es con vida.”
En el pasado,
los científicos ya habían utilizado modelos computacionales para simular la
química atmosférica de planetas fuera del Sistema Solar (exoplanetas), y el
equipo de investigadores usó un modelo similar para su investigación. Sin
embargo, este grupo desarrolló un programa para repetir automáticamente los
cálculos miles de veces, de modo que pudieron obtener resultados con una gama
más amplia de composiciones atmosféricas y para planetas alrededor de diferentes
tipos de estrellas.
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Recreación artística del paisaje en el exoplaneta Gliese 667C c (NASA/Ames/JPL-Caltech, December 5, 2011) |
Al hacer estas
simulaciones, el equipo de aseguró de equilibrar las reacciones que pudieran
liberar molécula de oxígeno a la atmósfera, con las reacciones que lo
consumieran. Por ejemplo, el oxígeno puede reaccionar con el hierro en la
superficie de un planeta y formar óxidos de hierro, lo que le da su color a la
mayoría de las rocas rojizas. Un proceso similar coloreó el suelo en Marte,
dándole su apariencia distintiva al planeta rojo. Calcular la composición de
una atmósfera balanceada es importante porque este balance le permitirá
mantenerse en el tiempo a escalas geológicas. Puesto que los tiempos de vida de
los planetas se miden en miles de millones de años, si un planeta presentara un
breve periodo de producción de oxígeno o metano digamos de miles o incluso
millones de años, la probabilidad de observarlo justo en ese momento sería muy
baja.
Fue importante
realizar los cálculos para una amplia variedad de casos, porque la producción
abiótica, es decir no biológica, de oxígeno depende tanto del ambiente
atmosférico como del entorno estelar del planeta. Si hay muchos gases que
consumen oxígeno, como metano o hidrógeno, el oxígeno y el ozono producidos
desaparecerían rápidamente de la atmósfera. Por otro lado, si la cantidad de
gases que consumen oxígeno es muy baja, el oxígeno y el ozono permanecerán por
mucho tiempo.
Otro factor que
hay que tomar en cuenta, es que la producción y destrucción de las moléculas de
oxígeno, ozono y metano, se debe a reacciones químicas que obtienen energía de
la luz, de modo que el tipo de estrella alrededor de la cual orbitan los
planetas es también un factor importante a considerar. Los diferentes tipos de
estrellas producen la mayor parte de su luz en colores específicos. Por
ejemplo, las estrellas más masivas que el Sol o con frecuente actividad
explosiva, producen luz ultravioleta. “Si hay más luz ultravioleta que llega a
la atmósfera, las reacciones químicas que dependen de la luz serán más
eficientes,” Dijo Domagal-Goldman. “En particular, diferentes colores (o
longitudes de onda) de luz ultravioleta pueden afectar la producción y
destrucción de oxígeno y ozono de maneras distintas”.
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Recreación artística del exoplaneta Gliese 581 g (Lynette Cook, September 29, 2010) |
Los astrónomos
detectan las moléculas en las atmósferas de los exoplanetas midiendo los
colores de la luz de la estrella que orbita el exoplaneta. Cuando esta luz pasa
por la atmósfera, se absorbe un poco en las moléculas atmosféricas. Diferentes moléculas
absorben diferentes colores de luz, así que los astrónomos utilizan esto como
señales características del tipo y cantidad de moléculas presentes.
“Uno de los
principales retos para identificar señales de vida es distinguir entre los
productos biológicos y los compuestos generados por actividad geológica o por
reacciones químicas en la atmósfera. Para eso necesitamos entender no solamente
el modo en que la vida podría cambiar a un planeta, sino cómo funcionan los
planetas y cuáles son las características de las estrellas que albergan a estos
mundos”, comentó Antígona Segura.
El equipo
planea utilizar los resultados de esta investigación para hacer recomendaciones
sobre los requerimientos de los futuros telescopios espaciales diseñados para
buscar señales de vida en las atmósferas de los exoplanetas. “El contexto es la
clave… no podemos buscar solamente oxígeno, ozono o metano”, dijo
Domagal-Goldman. “Para confirmar que la vida está produciendo oxígeno u ozono,
necesitamos ampliar nuestro rango de longitud de onda para incluir los rangos
de absorción del metano. Idealmente, también podríamos medir otros gases como
dióxido de carbono y monóxido de carbono. Así que estamos pensando muy
cuidadosamente acerca de las cuestiones que podrían hacernos tropezar y dar una
señal de falso positivo, y la buena noticia es que, al identificar estos
problemas, estamos encaminándonos a evitar las complicaciones que los falsos
positivos podrían causar. Ahora sabemos qué tipo de mediciones tenemos que
hacer. El siguiente paso es pensar en lo que tenemos que construir y cómo
construirlo.
El equipo que escribió el artículo está comformado por
una colaboración internacional que incluye investigadores de NASA Goddard, NASA
Ames, de NAI/VPL, del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad
Nacional Autónoma de México; de la Universidad de St. Andrews, St. Andrews,
Escocia; y de la Universidad de Washington, Seattle.
Pueden consultar el boletín oficial de la Dirección General de Comunicación Social de la UNAM en la página: http://www.dgcs.unam.mx/boletin/bdboletin/2014_523.html