Detectar nutrientes en las atmósferas de los exoplanetas podría ser clave para entender si el mundo que se esté observando podría ser habitable. Al menos, eso es lo que plantea un grupo de investigadores en un nuevo estudio, que podría ayudar en la búsqueda de vida lejos de la Tierra…
La posibilidad de medir nutrientes en las atmósferas de exoplanetas no es fácil
La vida en la Tierra depende de seis elementos críticos: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Son conocidos como CHNOPS y, junto con pequeñas cantidades de otros nutrientes, y agua en estado líquido, son los elementos necesarios para la vida tal y como la conocemos. Los científicos, en los últimos tiempos, están detectando exoplanetas que podrían ser lo suficientemente templados para tener agua líquida en su superficie. Esta es la señal más básica de habitabilidad. Pero, ahora, se está buscando detectar CHNOPS en las atmósferas de exoplanetas.
Todavía estamos en las primeras etapas de comprender si los exoplanetas pueden albergar vida. Para mejorar esa comprensión, necesitamos entender la disponibilidad de nutrientes en las atmósferas de exoplanetas. Un nuevo estudio, precisamente, se centra en esta cuestión. Con nuestro nivel tecnológico actual, se está empezando a examinar cómo son las atmósferas de los exoplanetas. El telescopio James Webb es la principal herramienta para esta tarea y, además, lo hace muy bien. Sin embargo, tiene otras tareas entre sus observaciones.
En 2029, la Agencia Espacial Europea lanzará ARIEL (por las siglas de Atmospheric Remote-sensing Infrared Exoplanet Large survey) que se dedicará, exclusivamente, a las atmósferas de exoplanetas. Como preparación para esa misión, los investigadores están preparándose para los resultados y lo que implicarían para la habitabilidad. Es importante tener una comprensión detallada del planeta en sí mismo, para poder interpretar las observaciones y, especialmente, la detección de biofirmas. Es decir, señales de posible vida.
La importancia de estudiar las atmósferas
En particular, se están centrando en la posibilidad de estudiar biosferas aéreas. Los investigadores buscan entender la presencia de estos nutrientes en una atmósfera que, también, tenga presencia de nubes de agua. Algo que permitiría la existencia de biosferas aéreas. Venus, por ejemplo, tiene una superficie inhóspita. El calor y la presión extremos hacen que la superficie sea inhabitable. Sin embargo, algunos científicos plantean que la vida podría existir en la atmósfera de Venus, basándose en la detección de fosfano (un posible indicador de vida).
Es un ejemplo del aspecto que podría tener una biosfera aérea. Este concepto, explican los investigadores, agranda las posibilidades de habitabilidad, al extenderse desde la presencia de agua líquida en la superficie para incluir, también, todos los planetas que tengan nubes de agua líquida. Los autores han estudiado esta idea y cómo influye la detección de CHNOPS. Plantean el concepto de nivel de disponibilidad de nutrientes en las atmósferas de exoplanetas. En su trabajo, la presencia de agua es obligatoria sin importar esos niveles.
Después, asignan diferentes niveles de habitabilidad en función de la presencia y cantidad de los diferentes nutrientes. Para explorar este marco de trabajo, los investigadores han recurrido a las simulaciones. Las atmósferas que han simulado tenían diferentes niveles de nutrientes, y han aplicado su concepto. Los resultados buscan comprender la habitabilidad desde el punto de vista de la química. La atmósfera de un planeta puede verse alterada drásticamente por la vida, y este trabajo busca entender el potencial de las atmósferas para albergar vida.
Los nutrientes en las atmósferas de exoplanetas pueden ser muy importantes
Los investigadores aclaran que, en realidad, lo que buscan no es entender las biofirmas y atmósferas que tengan vida. En su lugar, buscan entender las condiciones en las que puede tener lugar la química prebiótica. En su trabajo, la concentración atmosférica mínima, para que un nutriente esté disponible, es de una parte por mil millones. Además, el carbono está presente, generalmente, en cada atmósfera que han simulado. La disponibilidad de azufre aumenta con la temperatura en superficie. Con temperaturas más bajas, el nitrógeno es más abundante (pero es más escaso a mayor temperatura).
El fósforo es un asunto diferente. Es el elemento limitante, explican los investigadores, porque está principalmente ligado en la corteza planetaria. En el pasado de la Tierra, en su atmósfera, la escasez de fósforo limitaba a la biosfera. La idea de una biosfera aérea es interesante, pero no es el principal motor de los trabajos para detectar atmósferas en exoplanetas. La vida en la superficie es el escenario deseado. No debería ser sorprendente que, a fin de cuentas, el gran protagonista siga siendo la presencia de agua líquida. El trabajo sugiere que es el factor más limitante.
En su estudio, cuando había agua en la superficie, el carbono, nitrógeno y azufre estaban disponibles en las capas bajas de la atmósfera, cerca de la superficie. El agua en superficie tiene varios papeles en la química de la atmósfera. Puede ligarse con ciertos nutrientes (en determinadas circunstancias) haciendo que dejen de estar disponibles. También puede tener el efecto opuesto, haciendo que estén disponibles. Si hay agua en la superficie, los elementos que no estén presentes en forma de gas quedan almacenados en la corteza, explican los investigadores.
La disponibilidad de nutrientes en diferentes escenarios
Esto proporciona una ruta para poder sobreponerse a la falta de fósforo y metales en la atmósfera, que se utilizan en las enzimas que rigen muchos procesos biológicos. Esto complica el panorama en los mundos cubiertos por océanos. Las moléculas prebióticas podrían no estar disponibles si no hay oportunidad de que el agua y la roca interactúen con la atmósfera. Si se pudiese demostrar que la vida puede formarse en un océano, sin tierra expuesta, entonces se trata de un límite más flojo y el potencial de habitabilidad en la superficie depende, entonces, de la estabilidad del agua.
Algunos de los modelos resultan sorprendentes por la presencia de agua en estado líquido en la atmósfera. En muchos modelos, explican los autores, se muestra la presencia de una zona de agua líquida en la atmósfera, desconectada de la superficie. Estas regiones podrían ser interesantes para la formación de vida en biosferas aéreas. Si algo muestra este estudio, es que las atmósferas de los planetas pueden ser tremendamente complejas y cambiar de una manera dramática a lo largo del tiempo, en ocasiones por la propia vida.
Este estudio intenta poner en orden algunos aspectos de la búsqueda de vida extraterrestre. Para dejar constancia de la complejidad, hay que mencionar que los investigadores no han considerado la radiación de la estrella en su trabajo. Determinar la habitabilidad de un mundo es muy complejo, porque nos faltan respuestas a preguntas clave. Una de las mejores formas de resolver este problema es con datos. Una vez que ARIEL entre en funcionamiento, se espera que, con muchos más datos, sea posible comenzar a tener respuestas concretas…
Estudio
El estudio es O. Herbort, P. Woitke, C. Helling et al.; «Habitability constraints by nutrient availability in atmospheres of rocky exoplanets». Ha sido aceptado para su publicación en la revista International Journal of Astrobiology y puede consultarse en arXiv, en este enlace.
