Los científicos han encontrado una forma sutil de cazar vida en exoplanetas

Los futuros historiadores podrían piensa en esa época y llámala “la era de los exoplanetas”. Hemos encontrado más de 5000 exoplanetas y seguiremos encontrando más. Luego iremos más allá de su simple descubrimiento y centraremos nuestros esfuerzos en encontrar firmas biológicas, las huellas dactilares químicas especiales que los procesos vivos imprimen en las atmósferas de los exoplanetas.

Pero las firmas biológicas no se limitan a la química atmosférica. En un planeta con mucha vida vegetal, la luz también puede ser una firma biológica.

La búsqueda de firmas biológicas en exoplanetas recibió un impulso cuando el telescopio espacial James Webb comenzó sus observaciones. Uno de los objetivos científicos del telescopio es caracterizar las atmósferas de los exoplanetas con su potente espectrometría infrarroja. Si Webb encuentra grandes cantidades de oxígeno, por ejemplo, indica que los procesos biológicos podrían estar funcionando y alterando la atmósfera de un planeta. Pero el JWST y otros telescopios podrían detectar otro tipo de firma biológica.

Una firma vegetal

La abundante vida vegetal de la Tierra cambia la “firma de luz” de nuestro planeta. El cambio se basa en la fotosíntesis y en cómo la vida vegetal absorbe ciertas frecuencias de luz mientras refleja otras. El fenómeno resultante se llama borde rojo de vegetación (ERV.)

Los científicos de exoplanetas han estado trabajando en la idea de ERV como biofirma durante algunos años. Se basa en que la clorofila absorbe luz en la parte visible del espectro y es casi transparente en el infrarrojo. Otras estructuras celulares en la vegetación reflejan el infrarrojo. Esto ayuda a las plantas a evitar el sobrecalentamiento durante la fotosíntesis. Esta absorción y reflexión permite que la teledetección evalúe la salud, la cobertura y la actividad de las plantas, y los agrónomos la usan para monitorear los cultivos.

En un nuevo artículo, un equipo de investigadores analizó la clorofila y su fluorescencia inducida por la luz solar (FIS). SIF es el nombre de la señal electromagnética emitida por la clorofila a, la molécula de clorofila más ampliamente distribuida. Parte de la energía absorbida por la clorofila no se usa para la fotosíntesis, sino que se emite en longitudes de onda más largas como un espectro de dos picos. Cubre aproximadamente el rango espectral de 650 a 850 nm.

El artículo se titula “Fluorescencia fotosintética de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas frías y similares al Sol”, y se publicará en El diario astrofísico. El autor principal es Yu Komatsu, investigador del Centro de Astrobiología de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales, Observatorio Astronómico Nacional de Japón.

El artículo se centra en cómo se podría detectar la fluorescencia de la clorofila en planetas similares a la Tierra. “Este estudio investigó la detectabilidad biológica de la fluorescencia de dos tipos de pigmentos fotosintéticos, las clorofilas (Chls) y las bacterioclorofilas (BChls), en planetas similares a la Tierra con atmósferas ricas/pobres en oxígeno y anóxicas alrededor del Sol y las enanas M”, dijeron los autores. explique.

Detectar la presencia de clorofila en otro mundo es complicado. Existe una interacción compleja entre la vida vegetal, la luz de las estrellas, la cubierta terrestre/oceánica y la composición atmosférica. Este estudio es parte de un esfuerzo continuo para comprender algunos de los límites de detección y qué datos espectroscópicos pueden decirles a los científicos sobre los exoplanetas. Con el tiempo, los científicos de exoplanetas quieren determinar qué detecciones pueden ser firmas biológicas en diferentes circunstancias.

ERV es una caída repentina en la luz observada entre la luz infrarroja y la visible. La luz en el infrarrojo cercano (desde unos 800 nm) es mucho más brillante que la luz en la óptica (entre unos 350 y 750 nm). En la Tierra, es la firma luminosa de la vida vegetal y su clorofila. La clorofila absorbe luz hasta 750 nm y otros tejidos vegetales reflejan luz por encima de 750 nm.

satélites como Tierra de la NASA puede observar diferentes regiones de la superficie de la Tierra a lo largo del tiempo y observar cómo cambia la reflectancia de la luz. Los científicos miden lo que se llama el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NVDI). Una ubicación de bosque denso durante la temporada alta de crecimiento da valores máximos de NDVI, mientras que las regiones con poca vegetación dan valores bajos.

Consejos de brillo de la tierra

Los científicos también pueden observar brillo de la tierra, la luz reflejada de la Tierra a la Luna. Esta luz es toda la luz reflejada desde la Tierra, lo que los científicos llaman un espectro de promedio de disco. “Mientras que la teledetección observa áreas locales en la Tierra, las observaciones de Earthshine proporcionan espectros de la Tierra promediados por disco, lo que lleva a conocimientos fructíferos sobre las aplicaciones de los exoplanetas”, escriben los autores. “El cambio de reflectancia aparente en el espectro promedio del disco de la Tierra debido a la vegetación superficial es inferior al 2 por ciento”.

El brillo de la Tierra que vemos en la Luna es similar a la luz que detectamos en exoplanetas distantes. Es la luz total relativa a la luz superficial regional. Pero hay una enorme complejidad en el estudio de esta luz, y no hay comparaciones fáciles entre la Tierra y los exoplanetas. “Las señales VRE de exoplanetas alrededor de estrellas que no sean una estrella similar al Sol son difíciles de predecir debido a la complejidad de los mecanismos fotosintéticos en diferentes entornos de luz”, explican los autores. Pero siempre es útil buscar un ERV en exoplanetas. Si los científicos observan un exoplaneta con frecuencia, es posible que puedan reconocer cómo el VRE cambia estacionalmente, y pueden reconocer un paso similar al del VRE en la espectroscopia del planeta, aunque pueden ser longitudes de ondas diferentes a las del VRE. Tierra.

En su artículo, los investigadores consideraron un planeta similar a la Tierra en diferentes etapas de la evolución atmosférica. En cada caso, los planetas giraban alrededor del Sol, una enana roja bien estudiada llamada Gliese 667Co la aún más conocida enana roja TRAPENISTA-1. (Ambas enanas rojas tienen planetas en sus zonas habitables y ambas representan tipos comunes de enanas rojas). Modelaron la reflectancia de cada caso para la clorofila vegetal, la vegetación basada en clorofila bacteriana y la fluorescencia biológica sin vegetación superficial.

Lo que se les ocurrió es una colección de curvas de luz que muestran cómo se verían los diferentes ERV en exoplanetas similares a la Tierra en diferentes etapas de evolución atmosférica alrededor de diferentes estrellas. Es importante observar las diferentes etapas de la evolución atmosférica porque la atmósfera de la Tierra cambió de pobre en oxígeno a rica en oxígeno cuando la vida estaba presente.

“Consideramos las emisiones de fluorescencia de la vegetación basada en Chl y BChl en un cielo despejado, un planeta similar a la Tierra alrededor del Sol y dos enanas M”, escriben los autores.

El estudio produjo una variedad de datos de reflectancia para planetas similares a la Tierra alrededor de diferentes estrellas. Los planetas han sido modelados con diferentes atmósferas que corresponden a las diferentes atmósferas de la Tierra durante sus 4 mil millones de años de historia. Los investigadores también variaron la cantidad de cobertura terrestre frente a la cobertura oceánica, la cantidad de costa y si la superficie estaba cubierta de plantas o bacterias fotosintéticas.

¿Exoplanetas similares a la Tierra?

Mañana tendremos telescopios espaciales cada vez más potentes como LUVOIR (Gran topógrafo UV/óptico/IR) y HabEx (Observatorio de exoplanetas habitables). Los telescopios terrestres como el Telescopio de Treinta Metros, el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio Europeo Extremadamente Grande también estarán en línea en un futuro próximo. Estos telescopios generarán una cantidad sin precedentes de datos sobre exoplanetas, y este estudio es parte de la preparación para ello.

Estamos detectando más y más exoplanetas y construyendo una comprensión estadística de otros sistemas solares y las distribuciones, masas y órbitas de los exoplanetas. El siguiente paso es comprender mejor las características de los exoplanetas. Telescopios como el E-ELT harán esto con su espejo de 39,3 metros. Podrá separar la luz de los exoplanetas de la luz de las estrellas y obtener imágenes directamente de ciertos exoplanetas. Esto desencadenará una avalancha de datos sobre la reflectancia de los exoplanetas y las biofirmas potenciales, y todos estos datos deberán evaluarse.

Si alguna vez localizamos un planeta similar a la Tierra que sea habitable y actualmente alberga vida, no aparecerá simplemente en uno de nuestros telescopios y anunciará su presencia. En cambio, habrá pistas tentadoras; habrá indicaciones y contraindicaciones. Los científicos se moverán lenta y cuidadosamente, y algún día podremos decir que hemos encontrado un planeta con vida. Esta investigación tiene un papel que desempeñar en el esfuerzo.

“Es importante evaluar cuantitativamente la detectabilidad de cualquier firma biológica de superficie potencial utilizando las especificaciones esperadas de futuras misiones específicas”, explican los autores. “Este estudio hizo el primer intento de investigar la detectabilidad de la fluorescencia fotosintética en exoplanetas similares a la Tierra”.

Este artículo fue publicado originalmente en Universo hoy por EVAN GOUGH. léelo articulo original aqui.