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Webb pudo ver firmas biológicas en planetas distantes

Impresión artística de TRAPPIST-1e, un exoplaneta rocoso en la zona habitable de una estrella 40 Años luz De tierra Puede haber agua y nubes, como se muestra aquí. Los astrónomos que utilizan Webb esperan detectar firmas biológicas que indiquen la existencia de vida en otros mundos. Imagen vía Wikimedia Commons.

Por chris impey, universidad de arizonay daniel apai, universidad de arizona

Los ingredientes de la vida son repartidos por todo el universo. Si bien la Tierra es el único lugar conocido en el universo con vida, detectar vida más allá de la Tierra es un objetivo principal de astronomía moderna y ciencias planetarias.

Somos dos científicos que estudiamos exoplanetas y astrobiología. Gracias en gran parte a los telescopios de próxima generación como James Webb, los investigadores como nosotros pronto podrán medir la composición química de las atmósferas de los planetas alrededor de otras estrellas. La esperanza es que uno o más de estos planetas tengan una firma química de vida.

Un diagrama que muestra bandas verdes alrededor de estrellas y dos planetas insertados.
Hay muchos exoplanetas conocidos en las zonas habitables: órbitas no demasiado cercanas a una estrella donde el agua está hirviendo pero no demasiado lejos para que el planeta se congele, como se muestra en verde para el Sistema Solar y el Sistema Estelar Kepler: 186 con sus planetas. etiquetados b, c, d, e y f. Imagen vía NASA Ames/ SETI Institute/ JPL-Caltech/ Wikimedia Commons.

exoplanetas habitables

La vida podría existir en el sistema solar donde hay agua líquida, como los acuíferos subterráneos de Marte o en los océanos de Europa, la luna de Júpiter. Sin embargo, buscar vida en estos lugares es increíblemente difícil. Son difíciles de alcanzar, y detectar vida requeriría enviar una sonda para devolver muestras físicas.

Muchos astrónomos creen que hay un hay posibilidades de que exista vida en planetas que orbitan alrededor de otras estrellas. es posible que este ahi la vida se encontrará primero.

Cálculos teóricos sugieren que hay alrededor de 300 millones de planetas potencialmente habitables solo en la galaxia de la Vía Láctea. Los cálculos también sugieren que hay varios planetas habitables del tamaño de la Tierra en solo 30 Años luz de la tierra. Son esencialmente los vecinos galácticos de la humanidad. Hasta ahora, los astrónomos han descubierto más de 5.000 exoplanetasincluyendo cientos de potencialmente habitables, usando métodos indirectos que miden cómo un planeta afecta a su estrella cercana. Estas medidas pueden dar a los astrónomos información sobre la masa y el tamaño de un exoplaneta, pero no mucho más.

Un gráfico que muestra dos líneas, cada una con dos picos en las longitudes de onda azul y roja.
Cada material absorbe ciertas longitudes de onda de luz. Este diagrama representa la clorofila absorbiendo longitudes de onda de luz. Imagen vía Daniele Pugliesi/ Wikimedia Commons.

Búsqueda de firmas biológicas con Webb

Para detectar vida en un planeta distante, los astrobiólogos estudiarán la luz de las estrellas que ha interactúa con la superficie o la atmósfera de un planeta. Si la vida ha transformado la atmósfera o la superficie, la luz puede contener una pista, llamada biofirma.

Durante la primera mitad de su existencia, la Tierra lució una atmósfera libre de oxígeno, a pesar de que tenía vida simple unicelular. La firma biológica de la Tierra fue muy débil durante esta primera era. Entonces, Hace 2.400 millones de años, ha evolucionado una nueva familia de algas. Las algas han utilizado un proceso de fotosíntesis que produce oxígeno libre, que no está unido químicamente a ningún otro elemento. Desde entonces, la atmósfera llena de oxígeno de la Tierra ha dejado una firma biológica fuerte y fácilmente detectable en la luz.

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Cuando la luz rebota en la superficie de un material o pasa a través de un gas, es más probable que ciertas longitudes de onda queden atrapadas en la superficie del gas o del material. Esta captura selectiva de longitudes de onda de luz explica por qué los objetos son de diferentes colores. Las hojas son verdes porque la clorofila es particularmente buena para absorber la luz en las longitudes de onda rojas y azules. Esto deja principalmente luz verde para golpear tus ojos.

La composición específica del material con el que interactúa la luz determina el patrón de la luz perdida. Por esta razón, los astrónomos pueden aprender algo sobre la composición de la atmósfera o la superficie de un exoplaneta básicamente midiendo el color específico de la luz que proviene de un planeta.

Los astrónomos pueden reconocer la presencia de ciertos gases atmosféricos asociados con la vida, como el oxígeno o el metano, porque dejan señales muy específicas en la luz. También podría usarse para detectar colores particulares en la superficie de un planeta. En la Tierra, por ejemplo, la clorofila y otros pigmentos que las plantas y las algas usan para la fotosíntesis capturan longitudes de onda de luz específicas. Estos pigmentos producir colores característicos que las sensibles cámaras infrarrojas pueden detectar. Si viera este color reflejándose en la superficie de un planeta distante, podría significar la presencia de clorofila.

Introduzca el telescopio Webb

Se necesita un telescopio increíblemente poderoso para detectar estos cambios sutiles en la luz proveniente de un exoplaneta potencialmente habitable. Por ahora, el único telescopio capaz de tal hazaña es el nuevo Telescopio espacial James Webb. Tal cual inició operaciones científicas en julio de 2022, James Webb tomó una lectura de espectro del exoplaneta gigante gaseoso WASP-96b. El espectro mostraba la presencia de agua y nubes. Sin embargo, es poco probable que un planeta tan grande y caliente como WASP-96b albergue vida.

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Sin embargo, estos primeros datos muestran que James Webb es capaz de detectar firmas químicas débiles en la luz de los exoplanetas. En los próximos meses, Webb debería cambiar sus espejos para TRAPPIST-1stun planeta potencialmente habitable del tamaño de la Tierra de solo 39 Años luz De tierra

Webb puede buscar firmas biológicas estudiando los planetas a medida que pasan frente a sus estrellas anfitrionas. el puede capturar la luz de las estrellas se filtra a través de la atmósfera del planeta. Pero el objetivo de Webb no era buscar la vida. Por lo tanto, el telescopio solo puede escanear algunos de los mundos potencialmente habitables más cercanos. También puede detectar únicamente los cambios realizados en niveles atmosféricos de dióxido de carbono, metano y vapor de agua. Aunque algunas combinaciones de estos gases puede sugerir la vidaWebb no puede detectar la presencia de oxígeno libre, que es la señal más fuerte de vida.

Un espejo dorado hexagonal gigante hecho de hexágonos dorados, en un laboratorio.
El telescopio espacial James Webb es el primer telescopio capaz de detectar las firmas químicas de los exoplanetas. Imagen vía NASA/Wikimedia Commons.

Otros telescopios

Los conceptos clave para futuros telescopios espaciales aún más poderosos incluyen planes para bloquear la luz brillante de la estrella anfitriona de un planeta para revelar la luz estelar reflejada desde el planeta. Esta idea es como usar tu mano para bloquear la luz del sol para que puedas ver mejor algo en la distancia. Los futuros telescopios espaciales podrían usar pequeñas máscaras internas o grandes naves espaciales externas en forma de paraguas para hacer esto. Una vez que los astrónomos bloquean la luz de las estrellas, se vuelve mucho más fácil estudiar la luz que rebota en un planeta.

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También hay tres telescopios terrestres masivos actualmente en construcción que podrán buscar firmas biológicas. El primero es el Telescopio Magallanes Giganteentonces el telescopio de treinta metros y finalmente, el Telescopio europeo muy grande. Cada uno es mucho más poderoso que los telescopios existentes en la Tierra. A pesar de la desventaja de que la atmósfera de la Tierra distorsiona la luz de las estrellas, estos telescopios podrían sondear las atmósferas de los mundos más cercanos en busca de oxígeno.

Una vaca y su ternero parados en un campo.
Los animales, incluidas las vacas como esta con su cría, producen metano, pero también lo hacen muchos procesos geológicos. Imagen vía Jernej Furman/ Wikimedia Commons.

¿Es biología o geología?

Incluso utilizando los telescopios más potentes durante las próximas décadas, los astrobiólogos solo podrán detectar firmas biológicas fuertes de mundos donde la vida los ha transformado por completo.

Desafortunadamente, la mayoría de los gases liberados por la vida en la Tierra también pueden tener una fuente no biológica. Las vacas y los volcanes liberan metano. La fotosíntesis produce oxígeno, pero también lo hace la luz solar cuando divide las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno. Hay un los astrónomos tienen una buena oportunidad de detectar falsos positivos en busca de una vida lejana. Para ayudar a eliminar los falsos positivos, los astrónomos deberán comprender si el planeta los procesos geológicos o atmosféricos podrían imitar una firma biológica.

La próxima generación de estudios de exoplanetas tiene el potencial de subir el listón evidencia extraordinaria necesarios para probar la existencia de la vida. La primera publicación de datos del telescopio espacial James Webb nos da una idea del emocionante progreso que se avecina.La conversación

Este artículo se vuelve a publicar de La conversación bajo licencia Creative Commons. léelo artículo original.

Conclusión: Los astrónomos esperan usar el telescopio espacial James Webb para detectar firmas biológicas, signos de vida, en las atmósferas de planetas distantes.