Algunos exoplanetas brillan más que otros en la búsqueda de vida más allá del sistema solar. Una nueva investigación de la NASA propone un enfoque novedoso para detectar atmósferas de exoplanetas. Aprovecha las frecuentes tormentas estelares, que arrojan enormes nubes de material estelar y radiación al espacio. estrellas enanas jóvenes para resaltar signos de exoplanetas habitables.

Tradicionalmente, Los investigadores han buscado posibles biofirmas como formas de identificar mundos habitados:subproductos de la vida tal como la conocemos, como el oxígeno o el metano, que con el tiempo se acumulan en la atmósfera en cantidades detectables. Pero con la tecnología actual, según Vladimir Airapetian, autor principal de un Informes científicos estudio publicado el 2 de noviembre 2017, identificar estos gases en exoplanetas terrestres distantes requiere mucho tiempo, requiriendo días de tiempo de observación. En su lugar, el nuevo estudio sugiere buscar firmas más crudas de mundos potencialmente habitables, que sería más fácil de detectar con los recursos actuales en menos tiempo.

"Estamos en busca de moléculas formadas a partir de requisitos previos fundamentales para la vida, específicamente nitrógeno molecular, que es el 78 por ciento de nuestra atmósfera, "dijo Airapetian, que es un científico solar en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y en la American University en Washington, D.C. "Estas son moléculas básicas que son biológicamente amigables y tienen un fuerte poder de emisión de infrarrojos, aumentando nuestras posibilidades de detectarlos ".

La vida actual en la Tierra le dice a Airapetian y a su equipo de investigadores que deberían buscar atmósferas ricas en vapor de agua y nitrógeno. y oxigeno, el producto de la vida. El oxígeno y el nitrógeno flotan libremente de forma estable en su forma molecular, es decir, dos átomos de oxígeno o nitrógeno unidos en una molécula. Pero en las proximidades de una estrella enana activa, el clima espacial extremo provoca distintas reacciones químicas, que los investigadores pueden utilizar como indicadores de la composición atmosférica.

Las estrellas como nuestro Sol son turbulentas en su adolescencia y con frecuencia producen poderosas erupciones que arrojan partículas estelares delante de ellas a velocidades cercanas a la de la luz. A diferencia de nuestro sol, Algunas estrellas amarillas y la mayoría de las naranjas, que son un poco más frías que el Sol, pueden continuar produciendo estas fuertes tormentas estelares durante miles de millones de años. generando frecuentes enjambres de partículas de alta energía.

Cuando estas partículas alcanzan un exoplaneta, inundan su atmósfera con suficiente energía para romper el nitrógeno molecular y el oxígeno en átomos individuales, y moléculas de agua en hidroxilo:un átomo de oxígeno e hidrógeno, Unidos. Desde allí, los átomos reactivos de nitrógeno y oxígeno desencadenan una cascada de reacciones químicas que finalmente producen lo que los científicos llaman balizas atmosféricas:hidroxilo, más oxígeno molecular, y óxido nítrico:una molécula formada por un átomo de nitrógeno y uno de oxígeno.

Airapetian y sus colegas usaron un modelo para calcular cuánto óxido nítrico e hidroxilo se formaría y cuánto ozono se destruiría en una atmósfera similar a la de la Tierra alrededor de una estrella activa. Los científicos de la Tierra han utilizado este modelo durante décadas para estudiar cómo el ozono, que se forma naturalmente cuando la luz solar incide en el oxígeno, en la atmósfera superior responde a las tormentas solares. pero encontró una nueva aplicación en este estudio; La tierra es después de todo, el mejor estudio de caso disponible en la búsqueda de vida.

Usando una simulación por computadora, los investigadores expusieron la atmósfera del modelo al clima espacial que esperarían de una atmósfera fría y estrella activa. Descubrieron que el ozono se reduce al mínimo y alimenta la producción de balizas atmosféricas.

Para los investigadores, estas reacciones químicas son muy útiles. Cuando la luz de las estrellas golpea la atmósfera, Los enlaces en forma de resorte dentro de las moléculas de baliza absorben la energía y vibran, enviando esa energía de regreso al espacio en forma de calor, o radiación infrarroja. Los científicos saben qué gases emiten radiación en determinadas longitudes de onda de luz, así que al observar toda la radiación proveniente de la atmósfera, es posible tener una idea de lo que hay en la atmósfera misma.

La formación de una cantidad detectable de estas balizas requiere una gran cantidad de oxígeno y nitrógeno molecular. Entonces, si se detectan, estos compuestos podrían indicar una atmósfera llena de química biológicamente amigable, así como la presión atmosférica similar a la de la Tierra, y por lo tanto la posibilidad de un mundo habitable, una aguja en un enorme pajar de exoplanetas.

Este enfoque también está destinado a eliminar los exoplanetas sin un campo magnético similar a la Tierra. "Un planeta necesita un campo magnético, que protege la atmósfera y protege al planeta de las tormentas estelares y la radiación, ", Dijo Airapetian." Si los vientos estelares no son tan extremos como para comprimir el campo magnético de un exoplaneta cerca de su superficie, el campo magnético evita el escape atmosférico, por lo que hay más partículas en la atmósfera y una señal infrarroja resultante más fuerte ".

Airapetian y sus colegas utilizaron datos de la misión TIMED de estudio de la Tierra de la NASA (abreviatura de Thermosphere Ionosphere Mesophere Energetics Dynamics) para simular cómo podrían aparecer las observaciones infrarrojas de estas balizas. Los datos provienen del instrumento de espectroscopía de TIMED llamado SABRE, abreviatura de Sondeo de la atmósfera mediante radiometría de emisión de banda ancha, que estudia la misma química que genera las balizas atmosféricas, como ocurre en la atmósfera superior de la Tierra en respuesta a la actividad solar.

"Tomando lo que sabemos sobre la radiación infrarroja emitida por la atmósfera de la Tierra, la idea es mirar exoplanetas y ver qué tipo de señales podemos detectar, "dijo Martin Mlynczak, coautor del artículo e investigador principal asociado de SABRE en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia. "Si encontramos señales de exoplanetas en casi la misma proporción que la de la Tierra, podríamos decir que el planeta es un buen candidato para albergar vida ".

Los datos de SABRE mostraron que la frecuencia de intensas tormentas estelares está directamente relacionada con la fuerza de las señales de calor de las balizas atmosféricas. Con más tormentas se generan más moléculas de baliza y la señal infrarroja sería lo suficientemente fuerte, los científicos estiman, para ser observado desde exoplanetas cercanos con un telescopio espacial de seis a 10 metros en solo dos horas de tiempo de observación.

"Esta es una nueva y emocionante forma de buscar la vida, "dijo Shawn Domagal-Goldman, un astrobiólogo de Goddard no relacionado con el estudio. "Pero como con todos los signos de vida, la comunidad de exoplanetas necesita pensar mucho en el contexto. ¿Cuáles son las formas en que los procesos no biológicos podrían imitar esta firma? "

Con el tipo correcto de estrella este trabajo podría conducir a nuevas estrategias en la búsqueda de vida que identifiquen no solo planetas potencialmente habitables, pero sistemas planetarios, ya que la forma en que la atmósfera de un planeta interactúa con su estrella madre también tiene un efecto clave en su habitabilidad. Si se detectan señales prometedoras, los investigadores pueden coordinar las observaciones con un futuro observatorio espacial como el telescopio espacial James Webb de la NASA, aumentando la probabilidad de descubrir tal sistema potencial.

"Los nuevos conocimientos sobre el potencial de vida en exoplanetas dependen fundamentalmente de la investigación interdisciplinaria en la que los datos, Se utilizan modelos y técnicas de las cuatro divisiones científicas de Goddard de la NASA:heliofísica, astrofísica, ciencias planetarias y terrestres, El astrofísico senior de Goddard y coautor William Danchi dijo:"Esta mezcla produce nuevas vías únicas y poderosas para la investigación de exoplanetas".