Buscando evidencias de vida en exoplanetas.
Analizando la luz brillante de las estrellas en la búsqueda de vida.
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| La concepción artística de un exoplaneta similar a la Tierra. Créditos: NASA / GSFC / C. Meaney / B. Monroe / S. Wiessinger |
En la búsqueda de vida en otros mundos, los astrónomos recorren los planetas que están a años luz de distancia. Necesitan formas de identificar la vida desde lejos, pero ¿qué cuenta como buena evidencia?
Nuestro propio planeta proporciona algo de inspiración. Los microbios llenan el aire con metano; Las plantas fotosintéticas expulsan oxígeno. Quizás estos gases se puedan encontrar donde sea que la vida se haya apoderado.
Pero en mundos muy diferentes de los nuestros, los procesos no biológicos pueden provocar signos supuestos de vida. Para conocer una señal verdadera cuando la ve, el astrónomo Kevin France de la Universidad de Colorado, Boulder, dice que debe mirar más allá del planeta, hasta la estrella brillante que orbita.
Con este fin, France y su equipo diseñaron la misión SISTINE. Al volar en un cohete sonoro durante un vuelo de 15 minutos, observará estrellas lejanas para ayudar a interpretar los signos de vida en los planetas que los orbitan. La misión se lanzará desde White Sands Missile Range en Nuevo México en las primeras horas de la mañana del 5 de agosto de 2019.
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| La atmósfera de la joven Tierra podría haberse parecido a la interpretación de este artista: un punto naranja pálido. Créditos: NASA / GSFC / F. Reddy |
Cuando la tierra es un mal ejemplo.
Poco después de que la Tierra se formase hace 4.600 millones de años, fue envuelta por una atmósfera nociva. Los volcanes arrojaron metano y azufre. El aire rebosaba hasta 200 veces más dióxido de carbono que los niveles actuales.
No fue por otros mil millones de años y medio que el oxígeno molecular, que contiene dos átomos de oxígeno, entró en escena. Era un producto de desecho, descartado por bacterias antiguas a través de la fotosíntesis. Pero inició lo que se conoció como el Gran Evento de Oxidación, cambiando permanentemente la atmósfera de la Tierra y allanando el camino para formas de vida más complejas.
"No tendríamos grandes cantidades de oxígeno en nuestra atmósfera si no tuviéramos esa vida superficial", dijo France.
El oxígeno se conoce como biomarcador: un compuesto químico asociado con la vida. Su presencia en la atmósfera de la Tierra insinúa las formas de vida que acechan debajo. Pero como han demostrado los sofisticados modelos informáticos, los biomarcadores en la Tierra no siempre son tan confiables para los exoplanetas o los planetas que orbitan estrellas en otras partes del universo.
France señala a las estrellas enanas M para hacer este caso. Más pequeños y fríos que nuestro Sol, las enanas M representan casi las tres cuartas partes de la población estelar de la Vía Láctea. Para comprender los exoplanetas que los orbitan, los científicos simularon planetas del tamaño de la Tierra que rodeaban a las enanas M. Las diferencias con la Tierra surgieron rápidamente.
Las enanas M generan una intensa luz ultravioleta. Cuando esa luz golpea el planeta simulado similar a la Tierra, arranca el carbono del dióxido de carbono, dejando atrás el oxígeno molecular libre. La luz UV también rompe moléculas de vapor de agua, liberando átomos de oxígeno individuales. Las atmósferas crearon oxígeno, pero sin vida.
"Llamamos a estos biomarcadores falsos positivos", dijo France. "Se puede producir oxígeno en un planeta similar a la Tierra a través de la fotoquímica sola".
Los bajos niveles de oxígeno de la Tierra sin vida fueron una especie de casualidad, gracias, en parte, a nuestra interacción con nuestro Sol. Los sistemas de exoplanetas con diferentes estrellas pueden ser diferentes. "Si creemos que entendemos la atmósfera de un planeta pero no entendemos la estrella que orbita, probablemente vamos a equivocarnos", dijo France.
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| El telescopio espacial Hubble capturó esta imagen de la Nebulosa Planetaria NGC 6826 el 27 de enero de 1996. SISTINE tomará una imagen de NGC 6826 durante su primer vuelo para calibrar sus instrumentos. Créditos: HST / NASA / ESA. |
Para conocer un planeta, estudia su estrella.
France y su equipo diseñaron SISTINE para comprender mejor a las estrellas anfitrionas y sus efectos en atmósferas de exoplanetas. Abreviatura de Espectrógrafo de imágenes suborbitales para la región de transición Irradiación de las estrellas anfitrionas cercanas del exoplaneta, SISTINE (Short for Suborbital Imaging Spectrograph for Transition region Irradiance from Nearby Exoplanet host stars), mide la radiación de alta energía de estas estrellas. Con el conocimiento sobre los espectros de las estrellas anfitrionas, los científicos pueden distinguir mejor los biomarcadores verdaderos de los falsos positivos en sus planetas en órbita.
Para realizar estas mediciones, SISTINE utiliza un espectrógrafo, un instrumento que separa la luz en sus componentes.
"Los espectros son como huellas digitales", dijo Jane Rigby, astrofísica del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que utiliza la metodología. "Así es como descubrimos de qué están hechas las cosas, tanto en nuestro planeta como a medida que observamos el universo".
SISTINE mide los espectros en longitudes de onda de 100 a 160 nanómetros, un rango de luz ultravioleta lejana que, entre otras cosas, puede detectar oxígeno, posiblemente generando un falso positivo. La salida de luz en este rango varía con la masa de la estrella, lo que significa que las estrellas de diferentes masas seguramente diferirán de nuestro Sol.
SISTINE también puede medir destellos o explosiones estelares brillantes, que liberan dosis intensas de luz ultravioleta lejana a la vez. Las erupciones frecuentes pueden convertir un ambiente habitable en uno letal.
La misión SISTINE volará en un cohete sonda Black Brant IX. Los cohetes sonda que se lanzan hacen vuelos cortos y dirigidos al espacio antes de caer de nuevo a la Tierra; El vuelo de SISTINE le da unos cinco minutos de tiempo de observación. Aunque breve, SISTINE puede ver estrellas en longitudes de onda inaccesibles para observatorios como el telescopio espacial Hubble.
Dos lanzamientos están programados. El primero, de White Sands en agosto, calibrará el instrumento. SISTINE volará 174 millas sobre la superficie de la Tierra para observar NGC 6826, una nube de gas que rodea una estrella enana blanca ubicada a unos 2.000 años luz de distancia en la constelación Cygnus. NGC 6826 es brillante a la luz ultravioleta y muestra líneas espectrales nítidas, un objetivo claro para revisar sus equipos.
Después de la calibración, el segundo lanzamiento seguirá en 2020 desde el Centro Espacial Arnhem en Nhulunbuy, Australia. Allí observarán los espectros UV de Alpha Centauri A y B, las dos estrellas más grandes del sistema Alpha Centauri de tres estrellas. A 4,37 años luz de distancia, estas estrellas son nuestros vecinos estelares más cercanos y objetivos principales para las observaciones de exoplanetas. (El sistema es el hogar de Proxima Centauri B, el exoplaneta más cercano a la Tierra).
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| El sistema Alpha Centauri en luz óptica (principal) y de rayos X (recuadro). Solo las dos estrellas más grandes, Alpha Cen A y B, son visibles. Estas dos estrellas serán los objetivos del segundo vuelo de SISTINE. Créditos: Zdenek Bardon / NASA / CXC / Univ. de Colorado / T. Ayres y col. |
Probando nueva tecnología.
Tanto las observaciones de SISTINE como la tecnología utilizada para adquirirlas están diseñadas para futuras misiones en mente.
Uno es el telescopio espacial James Webb de la NASA, que se lanzará actualmente en 2021. El observatorio del espacio profundo verá luz visible a infrarrojo medio, útil para detectar exoplanetas que orbitan enanos M. Las observaciones de SISTINE pueden ayudar a los científicos a comprender la luz de estas estrellas en longitudes de onda que Webb no puede ver.
SISTINE también tiene nuevas placas detectoras de UV y nuevos recubrimientos ópticos en sus espejos, diseñados para ayudarlos a reflejar mejor en lugar de absorber la luz ultravioleta extrema. Volar esta tecnología en SISTINE ayuda a probarlos para futuros telescopios espaciales UV / ópticos grandes de la NASA.
Al capturar espectros estelares y tecnología avanzada para futuras misiones, SISTINE vincula lo que sabemos con lo que aún tenemos que aprender. Ahí es cuando comienza el verdadero trabajo. "Nuestro trabajo como astrónomos es juntar esos diferentes conjuntos de datos para contar una historia completa", dijo Rigby.
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Por Miles Hatfield
Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
Última actualización: 5 de agosto de 2019, enlace publicación.
Editor: Miles Hatfield
