La vida en la Tierra depende de seis elementos críticos:carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre. Estos elementos se conocen como CHNOPS y, junto con varios micronutrientes y agua líquida, son lo que la vida necesita.
Los científicos están logrando detectar exoplanetas que podrían ser lo suficientemente calientes como para tener agua líquida en sus superficies, la señal más básica de habitabilidad. Pero ahora buscan mejorar su juego encontrando CHNOPS en atmósferas de exoplanetas.
Estamos apenas en el comienzo de la comprensión de cómo los exoplanetas podrían albergar vida. Para aumentar nuestra comprensión, necesitamos comprender la disponibilidad de CHNOPS en atmósferas planetarias.
Un nuevo artículo publicado en arXiv El servidor de preimpresión examina el problema. Se titula "Limitaciones de habitabilidad por disponibilidad de nutrientes en atmósferas de exoplanetas rocosos". El autor principal es Oliver Herbort del Departamento de Astrofísica de la Universidad de Viena y becario postdoctoral ARIEL. El artículo ha sido aceptado por la Revista Internacional de Astrobiología .
A nuestro nivel tecnológico actual, apenas estamos comenzando a examinar las atmósferas de los exoplanetas. El JWST es nuestra principal herramienta para la tarea y es bueno en eso. Pero el JWST está ocupado con otras tareas. En 2029, la ESA lanzará ARIEL, el estudio de grandes exoplanetas infrarrojos con detección remota atmosférica. ARIEL se centrará únicamente en las atmósferas de exoplanetas.
Anticipándose a la misión de ese telescopio, Herbort y sus co-investigadores se están preparando para los resultados y lo que significan para la habitabilidad. "La comprensión detallada de los planetas se vuelve importante para interpretar las observaciones, especialmente para la detección de biofirmas", escriben. En particular, están examinando la idea de biosferas aéreas. "Nuestro objetivo es comprender la presencia de estos nutrientes en atmósferas que muestran la presencia de condensados de nubes de agua, lo que podría permitir la existencia de biosferas aéreas".
Nuestro planeta hermano Venus tiene una superficie insuperable. El calor y la presión extremos hacen que la superficie del planeta sea inhabitable según cualquier medida que podamos determinar. Pero algunos científicos han propuesto que podría existir vida en la atmósfera de Venus, basándose en gran medida en la detección de fosfina, un posible indicador de vida. Este es un ejemplo de cómo podría verse una biosfera aérea.
"Este concepto de biosfera aérea amplía las posibilidades de habitabilidad potencial de la presencia de agua líquida en la superficie a todos los planetas con nubes de agua líquida", explican los autores.
Los autores examinaron la idea de biosferas aéreas y cómo influye en ellas la detección de CHNOPS. Introdujeron el concepto de niveles de disponibilidad de nutrientes en atmósferas de exoplanetas. En su marco, se requiere la presencia de agua independientemente de la disponibilidad de otros nutrientes. "Cualquier atmósfera sin agua condensada la considerábamos inhabitable", escriben, en un guiño a la primacía del agua. Los investigadores asignaron diferentes niveles de habitabilidad en función de la presencia y cantidades de los nutrientes CHNOPS.
Para explorar su marco de disponibilidad de nutrientes, los investigadores recurrieron a simulaciones. Las atmósferas simuladas contenían diferentes niveles de nutrientes y los investigadores aplicaron su concepto de disponibilidad de nutrientes. Sus resultados pretenden comprender no la habitabilidad sino el potencial químico de habitabilidad. La atmósfera de un planeta puede verse alterada drásticamente por la vida, y esta investigación tiene como objetivo comprender el potencial atmosférico para la vida.
"Nuestro enfoque no apunta directamente a la comprensión de las biofirmas y atmósferas de los planetas habitados, sino de las condiciones en las que puede ocurrir la química prebiótica", escriben. En su trabajo, la concentración atmosférica mínima para que un nutriente esté disponible es 10 9 , o un ppb (parte por mil millones).
"Encontramos que para la mayoría de las atmósferas en los puntos (p gas, T gas), donde el agua líquida es estable, las moléculas portadoras del SNC están presentes en concentraciones superiores a 10 9 ", escriben. También descubrieron que el carbono generalmente está presente en cada atmósfera simulada y que la disponibilidad de azufre aumenta con la temperatura de la superficie. Con temperaturas superficiales más bajas, el nitrógeno (N2 , NH3 ) está presente en cantidades crecientes. Pero con temperaturas superficiales más altas, el nitrógeno puede agotarse.
El fósforo es un asunto diferente. "El elemento limitante de los elementos CHNOPS es el fósforo, que se encuentra en su mayor parte en la corteza planetaria", escriben. Los autores señalan que, en el pasado, en la atmósfera terrestre, la escasez de fósforo limitaba la biosfera.
Una biosfera aérea es una idea interesante. Pero no es el objetivo principal de los esfuerzos de los científicos por detectar atmósferas de exoplanetas. La vida superficial es su santo grial. No debería sorprender que todavía se trate de agua líquida, considerando todos los aspectos. "Al igual que en trabajos anteriores, nuestros modelos sugieren que el factor limitante para la habitabilidad en la superficie de un planeta es la presencia de agua líquida", escriben los autores. En su trabajo, cuando había agua superficial disponible, el SNC estaba disponible en la atmósfera inferior cerca de la superficie.
Pero el agua superficial desempeña varias funciones en la química atmosférica. Puede unirse con algunos nutrientes en algunas circunstancias, haciéndolos no disponibles, y en otras circunstancias, puede hacerlos disponibles.
"Si hay agua disponible en la superficie, los elementos que no están presentes en la fase gaseosa se almacenan en los condensados de la corteza", escriben los autores. La meteorización química puede entonces hacerlos disponibles como nutrientes. "Esto proporciona una vía para superar la falta de fósforo y metales atmosféricos, que se utilizan en enzimas que impulsan muchos procesos biológicos".
Esto complica las cosas en los mundos cubiertos por océanos. Es posible que las moléculas prebióticas no estén disponibles si el agua y las rocas no tienen oportunidad de interactuar con la atmósfera. "Si realmente se puede demostrar que se puede formar vida en un océano de agua sin tierra expuesta, esta limitación se debilita y el potencial de habitabilidad de la superficie se convierte principalmente en una cuestión de estabilidad del agua", escriben los autores.
Algunos de los modelos sorprenden por el agua líquida atmosférica. "Muchos de los modelos muestran la presencia en la atmósfera de una zona de agua líquida, separada de la superficie. Estas regiones podrían ser interesantes para la formación de vida en forma de biosferas aéreas", escriben Herbort y sus colegas.
Si hay algo que demuestran investigaciones como esta es que las atmósferas planetarias son extraordinariamente complejas y pueden cambiar dramáticamente con el tiempo, a veces debido a la vida misma. Esta investigación tiene cierto sentido al intentar comprenderlo todo. Lo que acentúa la complejidad es el hecho de que los investigadores no incluyeron la radiación estelar en su trabajo. Incluir eso habría hecho que el esfuerzo fuera difícil de manejar.
La cuestión de la habitabilidad es complicada y se ve confundida por nuestra falta de respuestas a preguntas fundamentales. ¿Es necesario que la corteza de un planeta esté en contacto con el agua y la atmósfera para que los nutrientes CHNOPS estén disponibles? La Tierra tiene una biosfera aérea temporal. ¿Pueden las biosferas aéreas ser una parte importante de la habitabilidad de los exoplanetas?
Pero más allá de todas las simulaciones y modelos, por muy poderosos que sean, lo que más necesitan los científicos es más datos. Cuando ARIEL se lance, los científicos tendrán muchos más datos con los que trabajar. Investigaciones como esta ayudarán a los científicos a comprender lo que descubre ARIEL.
Más información: Oliver Herbort et al, Restricciones de habitabilidad por disponibilidad de nutrientes en atmósferas de exoplanetas rocosos, arXiv (2024). arxiv.org/abs/2404.04029
Proporcionado por Universe Today
