martes, 9 de septiembre de 2014

Investigación conjunta de la UNAM con la NASA proporciona una guía para buscar vida extraterrestre

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.

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.

Recreación artística del paisaje en el exoplaneta Gliese 667C c (NASA/Ames/JPL-CaltechDecember 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”.

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 

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