El desequilibrio químico podría ser una herramienta tremendamente útil para buscar vida en otros planetas. Concretamente, en planetas que se parezcan más a la Tierra en su pasado, en lugar de aquellos mundos que puedan parecer más a la Tierra tal y como la conocemos en el presente.
La utilidad del desequilibrio químico para buscar vida en otros mundos
En la búsqueda de biofirmas, la mayoría de la atención se está centrando en determinar qué elementos químicos pueden indicar la presencia de vida. La vida puede crear energía libre en un sistema. Ese exceso de energía, a su vez, puede provocar un desequilibrio químico. Eso es, en esencia, lo que permitió que la vida echase a andar en la Tierra. Por lo que es lógico preguntarse si el desequilibrio químico podría ser, en sí mismo, una señal biológica. Es decir, si podría ser una biofirma. ¿Se podría detectar la presencia de vida de esa manera?
Un nuevo estudio se enfrenta a esta pregunta, centrándose concretamente en planetas que se puedan parecer a la Tierra en su juventud. A la hora de deducir si un exoplaneta podría tener vida, el desequilibrio químico es un posible indicador de la presencia de vida y ha sido estudiado durante mucho tiempo en el entorno del Sistema Solar. Cuando tanto el metano (CH4) como el oxígeno (O2) están presentes en una atmósfera, estamos ante una señal de la presencia de vida. En un entorno de oxígeno, el metano apenas dura unos 10 años.
Es decir, su presencia indica que hay un desequilibrio químico. Para que esté presente, tiene que haber una fuente que lo esté reponiendo constantemente en cantidades que solo la vida puede producir. Hay un concepto, el de la energía de Gibbs, que intenta capturar esta idea. Cuando un sistema llega al equilibrio químico, el potencial termodinámico se minimiza. Cuanto más lejos esté, un sistema, del equilibrio químico, más energía de Gibbs está presente. Este punto de partida resulta muy interesante para buscar vida.
Cómo determinar si hay un desequilibrio químico y, así, buscar vida
Los investigadores explican que, una técnica principal, para determinar si hay un desequilibrio químico, es calcular la diferencia en la energía química, asociada con un sistema observado, y el estado de equilibrio teórico de ese mismo sistema. Los investigadores están explorando cómo se puede utilizar el concepto de la energía de Gibbs para entender los mundos en el Sistema Solar. Además, están también intentando comprender cómo se puede aplicar a la historia de nuestro propio planeta. El trabajo se centra en el Eón Proterozoico. Es el tercero de los cuatro eones de la historia terrestre.
Abarca desde hace 2500 a 541 millones de años y cubre dos momentos críticos. El oxígeno libre aparece en la atmósfera de la Tierra al principio del Proterozoico. La vida compleja aparece, precisamente, con el final del Proterozoico. El obstáculo para poder utilizar la energía de Gibbs como una biofirma es que no se sabe cuál es la incertidumbre (en las observaciones) al intentar entenderlo en exoplanetas más parecidos a la Tierra. En esta investigación, un exoplaneta similar a la Tierra es aquel que reúna varios requisitos.
Específicamente, que se trate de un planeta que tenga un océano, con un tamaño, presión y temperatura similar a las de la Tierra, y una atmósfera dominada por N2, H2O, y CO2, con pequeñas cantidades de CH4 y diferentes niveles de O2. Así es como lo definen los autores del estudio. Por suerte, sí que se sabe mucho más de la Tierra durante el proterozoico, a pesar de que hay muchas preguntas que todavía no tienen respuesta. Para entender mejor esas incertidumbres observacionales, los investigadores han creado dos modelos de escenarios diferentes para la Tierra y Marte.
Dos escenarios diferentes para encontrar respuestas
Cada escenario contiene una cantidad diferente de energía atmosférica libre. A partir de ahí, los autores analizan cómo las atmósferas, de esos planetas simulados, reflejan la luz en diferentes escenarios: con gases que sean biofirmas en cantidades bajas, medias y altas. El resultado que se obtiene es un espectro de luz que podría ser observado en la atmósfera de un exoplaneta que imite alguno de estos casos diferentes para la Tierra en el proterozoico. Limitar la energía de Gibbs, dicen los investigadores, parece una estrategia prometedora.
Funciona muy bien con las técnicas de detección de biofirmas actuales, pero para poder aprovecharla al máximo hace falta disponer de mejores telescopios. Con un telescopio con las propiedades adecuadas, los investigadores creen que, para un exoplaneta similar a la Tierra, en torno a una estrella similar al Sol, a entre 16 y 23 años-luz, un tiempo de observación de dos a cuatro semanas sería suficiente. Aunque puede parecer mucho tiempo de observación, no es descabellado (y hay algunas propuestas de telescopios en ese sentido).
Además, si se detectase un mundo que pareciese similar a la Tierra durante el Proterozoico, sería difícil justificar dedicar tiempo de observación a cualquier otro objetivo. En esencia, los investigadores enfatizan la necesidad de determinar la abundancia de metano y oxígeno en la atmósfera, para determinar la presencia de un desequilibrio químico. Ese eón duró unos dos mil millones de años y la vida, en esa época, moldeó la atmósfera. Por lo que, si en algún momento se descubriese un exoplaneta que pueda albergar vida, quizá no resulte sorprendente si se pareciese a la Tierra de esa época.
Estudio
El estudio es A. Young, T. Robinson, J. Krissansen-Totton et al.; «Inferring Chemical Disequilibrium Biosignatures for Proterozoic Earth-Like Exoplanets». Está disponible para su consulta en arXiv, en este enlace.
Referencias: Universe Today
