En la búsqueda de vida en otros planetas, la presencia de oxígeno en la atmósfera de un planeta es un signo potencial de actividad biológica que podría ser detectado por futuros telescopios. Un nuevo estudio sin embargo, describe varios escenarios en los que un planeta rocoso sin vida alrededor de una estrella similar al sol podría evolucionar para tener oxígeno en su atmósfera.

Los nuevos hallazgos, publicado el 13 de abril en Avances de AGU , destacan la necesidad de telescopios de próxima generación que sean capaces de caracterizar entornos planetarios y buscar múltiples líneas de evidencia de vida además de detectar oxígeno.

"Esto es útil porque muestra que hay formas de obtener oxígeno en la atmósfera sin vida, pero hay otras observaciones que puede hacer para ayudar a distinguir estos falsos positivos de los reales, "dijo el primer autor Joshua Krissansen-Totton, un Sagan Fellow en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC Santa Cruz. "Para cada escenario, tratamos de decir lo que su telescopio necesitaría poder hacer para distinguir esto del oxígeno biológico ".

En las próximas décadas, quizás a finales de la década de 2030, Los astrónomos esperan tener un telescopio capaz de tomar imágenes y espectros de planetas potencialmente similares a la Tierra alrededor de estrellas similares al sol. Coautor Jonathan Fortney, profesor de astronomía y astrofísica y director del Laboratorio de Otros Mundos de UCSC, dijo que la idea sería apuntar a planetas lo suficientemente similares a la Tierra como para que la vida pudiera haber surgido en ellos y caracterizar sus atmósferas.

"Se ha debatido mucho sobre si la detección de oxígeno es 'suficiente' señal de vida, ", dijo." Este trabajo realmente aboga por la necesidad de conocer el contexto de su detección. ¿Qué otras moléculas se encuentran además del oxígeno, o no encontrado, y ¿qué te dice eso sobre la evolución del planeta? "

Esto significa que los astrónomos querrán un telescopio que sea sensible a una amplia gama de longitudes de onda para detectar diferentes tipos de moléculas en la atmósfera de un planeta.

Los investigadores basaron sus hallazgos en un modelo computacional de extremo a extremo de la evolución de los planetas rocosos, comenzando desde sus orígenes fundidos y extendiéndose a lo largo de miles de millones de años de enfriamiento y ciclos geoquímicos. Variando el inventario inicial de elementos volátiles en sus planetas modelo, los investigadores obtuvieron una gama sorprendentemente amplia de resultados.

El oxígeno puede comenzar a acumularse en la atmósfera de un planeta cuando la luz ultravioleta de alta energía divide las moléculas de agua de la atmósfera superior en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno ligero se escapa preferentemente al espacio, dejando el oxígeno atrás. Otros procesos pueden eliminar el oxígeno de la atmósfera. Monóxido de carbono e hidrógeno liberados por desgasificación de la roca fundida, por ejemplo, reaccionará con el oxígeno, y la erosión de la roca también absorbe oxígeno. Estos son solo algunos de los procesos que los investigadores incorporaron en su modelo de evolución geoquímica de un planeta rocoso.

"Si ejecuta el modelo para la Tierra, con lo que pensamos que fue el inventario inicial de volátiles, siempre obtienes el mismo resultado de manera confiable:sin vida, no obtienes oxígeno en la atmósfera, ", Dijo Krissansen-Totton." Pero también encontramos múltiples escenarios en los que se puede obtener oxígeno sin vida ".

Por ejemplo, un planeta que por lo demás es como la Tierra pero que comienza con más agua terminará con océanos muy profundos, poniendo una inmensa presión sobre la corteza. Esto efectivamente cierra la actividad geológica, incluyendo todos los procesos como el derretimiento o la meteorización de rocas que eliminarían el oxígeno de la atmósfera.

En el caso contrario, donde el planeta comienza con una cantidad relativamente pequeña de agua, la superficie del magma del planeta inicialmente fundido puede congelarse rápidamente mientras el agua permanece en la atmósfera. Esta "atmósfera de vapor" pone suficiente agua en la atmósfera superior para permitir la acumulación de oxígeno a medida que el agua se rompe y el hidrógeno se escapa.

"La secuencia típica es que la superficie del magma se solidifica simultáneamente con el agua que se condensa en océanos en la superficie, ", Dijo Krissansen-Totton." En la Tierra, una vez que el agua se condensa en la superficie, las tasas de escape eran bajas. Pero si retiene una atmósfera de vapor después de que la superficie fundida se ha solidificado, hay una ventana de aproximadamente un millón de años cuando el oxígeno puede acumularse porque hay altas concentraciones de agua en la atmósfera superior y no hay superficie fundida para consumir el oxígeno producido por el escape de hidrógeno ".

Un tercer escenario que puede conducir a la presencia de oxígeno en la atmósfera involucra a un planeta que por lo demás es como la Tierra, pero comienza con una proporción más alta de dióxido de carbono a agua. Esto conduce a un efecto invernadero desbocado, haciéndolo demasiado caliente para que el agua se condense de la atmósfera en la superficie del planeta.

"En este escenario similar a Venus, Todos los volátiles comienzan en la atmósfera y pocos quedan en el manto para ser desgasificados y absorber el oxígeno. ", Dijo Krissansen-Totton.

Señaló que los estudios anteriores se han centrado en los procesos atmosféricos, Considerando que el modelo utilizado en este estudio explora la evolución geoquímica y térmica del manto y la corteza del planeta, así como las interacciones entre la corteza y la atmósfera.

"No es computacionalmente intensivo, pero hay muchas partes móviles y procesos interconectados, " él dijo.