Espectros de la atmósfera de exoplanetas. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI
La mejor esperanza de encontrar vida en otro mundo no es escuchar mensajes codificados o viajar a estrellas distantes, sino detectar señales químicas de vida en las atmósferas de los exoplanetas. A menudo se piensa que este logro tan esperado está más allá de nuestros observatorios actuales, pero un nuevo estudio demuestra que el Telescopio Espacial James Webb (JWST) podría hacer precisamente eso.
La mayoría de los exoplanetas que hemos descubierto hasta ahora se han encontrado por el método de tránsito. Aquí es donde el planeta pasa frente a su estrella desde nuestro punto de vista. Aunque no podemos observar el planeta directamente, podemos ver que el brillo de la estrella cae en una fracción de un porcentaje. Al observar las estrellas a lo largo del tiempo, podemos encontrar un patrón regular de oscurecimiento, lo que indica la presencia de un planeta.
La estrella pierde brillo porque el planeta bloquea parte de la luz de la estrella. Pero si el planeta también tiene atmósfera, hay una pequeña cantidad de luz que atravesará la atmósfera antes de llegar a nosotros. Dependiendo de la composición química de la atmósfera, se absorberán ciertas longitudes de onda, creando espectros de absorción en los espectros de la luz de las estrellas. Durante mucho tiempo hemos podido identificar átomos y moléculas por sus espectros de absorción y emisión, por lo que, en principio, podemos determinar la composición de la atmósfera de un planeta por el método de tránsito.
Aunque la idea es simple, ponerla en práctica es difícil. Primero, la luz de las estrellas no es solo un flujo constante de luz. Hay bengalas, manchas de estrellas y otras turbulencias que provocan ruido en la señal. Por esta razón, es difícil incluso detectar las caídas en el brillo planetario. Y aunque el planeta bloqueará menos del uno por ciento de la luz, la cantidad de luz estelar que pasa a través de la atmósfera del exoplaneta es verdaderamente insignificante. Detectar los espectros atmosféricos requeriría múltiples tránsitos con observaciones extremadamente detalladas de los espectros.
El origen químico de las moléculas de los exoplanetas. Fuente: Claringbold et al.
Hemos hecho esto con algunos exoplanetas, por ejemplo, detectando la presencia de agua y compuestos orgánicos, pero lo hemos hecho con grandes planetas gaseosos con atmósferas densas. No hemos podido hacer eso con mundos rocosos como la Tierra. Nuestros telescopios simplemente no son lo suficientemente sensibles para esto. Pero este es un nuevo estudio, disponible en arXiv El servidor de preimpresión muestra que JWST puede detectar ciertas firmas biológicas químicas dependiendo de su abundancia en la atmósfera.
El equipo simuló las condiciones atmosféricas de cinco tipos generales de mundos similares a la Tierra: un mundo oceánico, un mundo volcánicamente activo, un mundo rocoso durante un período de intenso bombardeo, una supertierra y un mundo similar a la Tierra donde se originó la vida. Asumieron que todos estos mundos tenían una presión superficial de menos de cinco atmósferas terrestres y calcularon los espectros de absorción de varias moléculas orgánicas como el metano, el amoníaco y el monóxido de carbono. Estas moléculas también se pueden crear mediante métodos no biológicos, pero proporcionan un buen punto de referencia como prueba de concepto.
Encontraron que con una atmósfera bastante densa, JWST, específicamente su instrumento NIRSpec G395M/H, podía confirmar la presencia de estas partículas dentro de los 10 tránsitos del planeta. Esto sería más fácil de hacer para súper-Tierras y otros mundos con atmósferas densas, pero aún posible para mundos potencialmente habitables.
Dada la cantidad de tránsitos necesarios, nuestra mejor oportunidad de detectar firmas biológicas con JWST serían mundos enanos rojos cercanos a la órbita como el sistema Trappist-1, que tiene varios planetas potencialmente habitables del tamaño de la Tierra. Dada la superposición de orígenes biológicos y no biológicos, las observaciones de JWST pueden no ser suficientes para confirmar la existencia de vida, pero este estudio muestra que estamos muy cerca de esta capacidad.