Se afinan nuevos biomarcadores para ayudar en la búsqueda de otras Tierras

Artículo publicado por Ron Cowen el 23 de julio de 2012 en Scientific American

A pesar de la cancelación del telescopio Terrestrial Planet Finder, los astrobiólogos están modelando posibles biomarcadores químicos que podrían usarse para detectar indicadores de vida en nuevos mundos.

Hay grandes expectativas de que en algún momento del próximo año, los astrónomos que usan la nave Kepler de la NASA, anunciarán el descubrimiento que han estado esperando los buscadores de planetas: el primer exoplaneta del tamaño de la Tierra encontrado en una región alrededor de una estrella similar al Sol donde pudiese florecer la vida. Tal exoplaneta casi con toda certeza estará demasiado lejos de la Tierra para poder analizarlo en detalle, no obstante, iniciará una desbocada carrera por la búsqueda de huellas de vida – los compuestos químicos que podrían indicar si un exoplaneta que está en la zona habitable, la región amigable para la vida donde puede sobrevivir el agua líquida, realmente alberga vida.

Exoplaneta


Pero aun cuando los investigadores están logrando una profunda comprensión de las biofirmas que pueden estar presentes en las atmósferas exoplanetarias, los científicos se enfrentan a un obstáculo. Un misión propuesta por la NASA conocida como Terrestrial Planet Finder (Buscador de Planetas Terrestres – TPF), diseñada para buscar esos compuestos entre planetas que orbitan estrellas crecanas – esos que están a una centésima parte de distancia de los mundos más lejanos que puede encontrar Kepler – perdió su financiación en 2007 debido al aumento de coste del telescopio espacial James Webb, el sucesor del Hubble.

El TPF bloquearía el cegador brillo de las cercanas estrellas similares al Sol de modo que se pudiesen fotografiar los planetas que las orbitan. En un esquema, un único gran telescopio equipado con una máscara, o coronógrafo, bloquearía la luz estelar y fotografiaría los planetas como aparecen en la luz reflejada visible. En otra estrategia, varios telescopios volarían en formación actuando en equipo para anular la luz infrarroja procedente de la estrella madre y registrar el calor irradiado por los planetas de la estrella en longitudes de onda infrarroja.

La luz recopilada por el TPF y separada en las longitudes de onda que la componen, o espectro, podría revelar la presencia de biomarcadores. Vapor de agua, oxígeno y metano en la atmósfera de un exoplaneta ofrecerían pruebas de un ambiente adecuado para la vida así como de procesos biológicos similares a la fotosíntesis y la respiración en la Tierra, señala Geoff Marcy de la Universidad de California en Berkeley.

“La galaxia puede estar plagada de vida microbiana, pero actualmente no tenemos ni idea”, añade. “Es una tragedia para la ciencia moderna que el Terrestrial Planet Finder no pueda tener financiación, ni por parte de Estados Unidos ni de Europa, debido a la presión sobre los presupuestos”.

Biomarcadores

Los astrónomos aún esperan resucitar alguna versión del TPF, pero se necesitaría una década para que la misión volviese a estar en marcha, estima Marcy. Mientras tanto los estudios de los investigadores en exoplanetas como Sara Seager del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y Victoria Meadows de la Universidad de Washington en Seattle están afinando – y expandiendo – la lista de compuestos que pueden servir como biomarcadores para exoplanetas que orbitan estrellas de distintos tamaños y edades.

Con pocas y remotas posibilidades de buscar marcadores químicos de la vida más allá del Sistema Solar, mientras tanto, “queremos asegurar que tenemos la mejor comprensión posible de las biofirmas”, dice . “No queremos vernos engañados”.

Gran parte del nuevo trabajo se centra en planetas que orbitan estrellas enanas M, las cuales tienen entre la mitad y una décima parte de la masa del Sol y son el 75% de las estrellas de la galaxia. Dado que las enanas M son mucho más frías que el Sol, sus zonas habitables apenas están a una décima parte de lo que la Tierra está del Sol.

Esta proximidad hace imposible que el TPF fotografíe esos planetas. Sin embargo, el telescopio espacial James Webb, que tiene previsto su lanzamiento para 2018, tiene una posibilidad de examinar las atmósferas de un puñado de estos cuerpos. De la misma forma que podrían hacerlo una nueva generación de telescopios terrestres extremadamente grandes, con espejos de 30 metros o más, propuestos recientemente.

Algunos de los exoplanetas que intentarán estudiar estos telescopios tienen una extraña alineación. Como aquellos exoplanetas más lejanos identificados por Kepler, pasan regularmente por delante, o transitan, a su estrella madre desde el punto de vista de los detectores. Durante un tránsito la luz estelar se filtra a través de la atmósfera de un exoplaneta, con cada constituyente químico dejando su propia huella en la luz. La señal es extremadamente débil pero los planetas en la zona habitable de las estrellas M hacen frecuentes tránsitos, permitiendo a los astrónomos acumular observaciones individuales que conformen una detección más sólida. “La zona habitable de las estrellas M es el primer lugar donde podemos buscar biofirmas”, dice Seager.

Las simulaciones en planetas similares a la Tierra, realizadas por Meadows y sus colegas a lo largo de los últimos años, han revelado que las enanas M pueden conservar mejor algunos de los biomarcadores frágiles, que se destruyen con la radiación de estrellas más masivas. Considera el caso de la presencia simultánea de gran abundancia de metano y ozono, propuesto por primera vez por los investigadores en 1965 como un sólido indicador de vida. Sólo la actividad biológica es capaz de mantener de manera continua altos niveles de ambos compuestos, que reaccionan fácilmente entre sí y agotan el suministro original.

Las enanas M producen mucha menos radiación en el ultravioleta cercano – la cual rompe las moléculas de ozono en oxígeno atómico y OH y acelera la destrucción del metano – que las estrellas similares al Sol. Como resultado, el metano duraría unas 20 veces más (unos 200 años) y tendría una concentración prevista 200 veces superior a la de un en un planeta similar a la Tierra en la zona habitable de una enana M que en el mismo planeta en la zona habitable alrededor del Sol, según calculan Meadows y sus colaboradores.

De forma similar, dos otros biomarcadores terrestres – metilcloruro y óxido nitroso – pueden ser más predominantes y fáciles de detectar en planetas terrestres que orbitan a enanas M, comenta Meadows.

Estrellas M, enanas K y más allá

Ningún estudio ha identificado hasta el momento un planeta de tamaño similar a la Tierra en la zona habitable alrededor de una estrella M, y se necesita una misión espacial para llevar a cabo una búsqueda exhaustiva, dice Lisa Kaltenegger del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts y el Instituto Max Planck para Astronomía en Heidelberg, Alemania. Una misión propuesta, el Transiting Exoplanet Survey Satellite, barrería todo el cielo buscando exoplanetas del tamaño de la Tierra y mayores alrededor de estrellas M así como estrellas ligeramente más masivas conocidas como enanas K. El año pasado, el proyecto liderado por George Ricker del MIT, recibió una beca de 1 millón de dólares de la NASA para continuar el estudio.

Pensando más allá de las estrellas M, Seager y Meadows también han extendido la lista de posibles biofirmas. En el ejemplar de enero de la revista Astrobiology, Seager, Matthew Schrenk de la Universidad de East Carolina en Greenville, Carolina del Norte, y William Bains consultor con sede en Cambridge, Inglaterra, de la firma Rufus Scientific señalaron que la mayor parte de estudios que examinan las posibles biofirmas en gases limitan su ámbito al ozono u oxígeno, metano y óxido nitroso. Estos compuestos no sólo son los signos principales de vida en la Tierra sino que son el producto directo de las reacciones químicas que generan la energía y componentes estructurales de la vida en el planeta. Los microorganismos de la Tierra, sin embargo, producen un espectro mucho más amplio de gases que Seager y sus colegas etiquetan como subproductos secundarios, que se generan por razones desconocidas, y pueden ser específicos de especies concretas. Un ejemplo terrestre es el dimetilsufuro, producido por el fitopláncton marino.

Aunque estos subproductos secundarios solo aparecen en pequeñas concentraciones en la Tierra, podrían ser biofirmas predominantes en otro tipo de exoplanetas habitables. Las ideas aún son preliminares, pero Seager y sus colaboradores sugieren que altas concentraciones de moléculas complejas o inusuales en la atmósfera de un exoplaneta podrían ser un nuevo tipo de biofirma.

En el ejemplar de junio de 2011 de la revista Astrobiology, Meadows y sus colegas también amplían en ámbito de las posibles biofirmas. Motivados por las pruebas de que las bacterias unicelulares medraron en los inicios de la Tierra mucho antes de que el oxígeno dominase la atmósfera del planeta, el equipo simuló la búsqueda de signos de vida en exoplanetas con poco oxígeno. Su trabajo reveló que los organismos producían gases de azufre en tales entornos, pero estos gases no se acumulaban en la atmósfera de los exoplanetas. En su lugar, los compuestos de azufre se destruían en una serie de reacciones que finalmente producían etano. Por tanto, deberían añadirse altas concentraciones de etano a la plantilla de compuestos que indican actividad biológica, comenta Meadows. De hecho, podría ser la señal predominante de vida en exoplanetas con carencia de oxígeno.

En general, dice Seager, “Estoy entusiasmada, porque siento que estamos al borde de comprender las biofirmas en exoplanetas. Estamos reuniendo todas las herramientas necesarias para hacer predicciones y guiar el diseño de instrumentos que realmente harán el trabajo de encontrar signos de vida”.


Autor: Ron Cowen
Fecha Original: 23 de julio de 2012
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Comments (6)

  1. Información Bitacoras.com…

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  2. [...] Biologí­a, Quí­mica. Puedes seguir cualquier respuesta a esta entrada a través del feed RSS 2.0. Puedes dejar una respuesta, o trackback desde tu propio sitio web. [...]

  3. alfabetus

    Hay grandes expectativas de que en algún momento del próximo año, los astrónomos que usan la nave Kepler de la NASA, anunciarán Corrección: que anuncien. El que está un poco escondido (hay grandes expectativas de que anuncien), pero es un subjuntivo; trata de una situación hipotética (en el futuro, es cierto), no de una acción futura.

    • Le dí un par de vueltas y, la verdad, no me queda muy claro que sea hipotético. Es una acción segura (lo anunciarán) y simplemente están esperando a ver cuándo.

      Un saludo

  4. Bueno, todo esto està muy bonito, pero vamos a considerarlo solamente como cultura, porque de ninguna manera se podrà visitar un planeta tan distante, en dado caso que se logre identificar un planeta que pueda sustentar vida.

  5. Carlos, no estoy de acuerdo con lo que comentas, aunque puede de lo que consideremos “cultura”. Quiero decir, si la teoría de la relatividad o la física cuántica son cultura, entonces estamos de acuerdo. Pero el estudio de las atmósferas en otros planetas aporta información vital sobre los mecanismos de formación planetaria, los materiales que los componen, y lo que “podemos esperar”. Imagínate las implicaciones de algo tan “simple” como una estadística del tipo 1 de cada 10000 planetas tiene trazadores de vida en su atmósfera.

    Y por otro lado, quién sabe…yo soy bastante receloso con la ciencia ficción aplicada a mañana mismo, pero me hubiese gustado ver la cara de Colón si alguien le dice que en 400 años habría miles de vuelos diarios cruzando océanos en unas horas. Todo es ponerse ;)

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