Sabemos que hay miles de exoplanetas y muchos millones más esperan ser descubiertos. Pero la gran mayoría de los exoplanetas son sencillamente inhabitables. Para los pocos que pueden ser habitables, sólo podemos determinar si lo son examinando sus atmósferas. LIFE, el Gran Interferómetro para Exoplanetas, puede ayudar.
La búsqueda de biofirmas en exoplanetas potencialmente habitables se está intensificando. El JWST ha recopilado con éxito algunos espectros atmosféricos de atmósferas de exoplanetas, pero tiene muchas otras tareas que hacer y el tiempo de observación es muy demandado. Un telescopio espacial planificado llamado LIFE se dedica a encontrar firmas biológicas de exoplanetas y, recientemente, los investigadores le hicieron una prueba:¿puede detectar firmas biológicas de la Tierra?
Como interferómetro, LIFE se compone de cinco telescopios separados que trabajarán al unísono para ampliar el tamaño de trabajo del telescopio. LIFE está siendo desarrollado por ETH Zurich (Instituto Federal de Tecnología de Zurich) en Suiza. LIFE observará en el infrarrojo medio, donde se pueden encontrar las líneas espectrales de los importantes químicos bioindicativos ozono, metano y óxido nitroso.
LIFE estará ubicado en Lagrange Point 2, a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros (1 millón de millas) de distancia, donde también se encuentra el JWST. Desde esa ubicación, observará una lista de objetivos de exoplanetas con la esperanza de encontrar firmas biológicas. "Nuestro objetivo es detectar compuestos químicos en el espectro de luz que indiquen la existencia de vida en los exoplanetas", explicó Sascha Quanz, profesor de Exoplanetas y Habitabilidad en ETH Zurich, que lidera la iniciativa LIFE.
LIFE es todavía sólo un concepto y los investigadores querían probar su funcionamiento. Como aún no se ha construido, un equipo de investigadores utilizó la atmósfera terrestre como caso de prueba. Trataron a la Tierra como si fuera un exoplaneta y probaron los métodos de LIFE contra el espectro atmosférico conocido de la Tierra en diferentes condiciones. Utilizaron una herramienta llamada LIFEsim para trabajar con los datos. Los investigadores suelen utilizar datos simulados para probar las capacidades de la misión, pero en este caso utilizaron datos reales.
Sus resultados se publican en The Astronomical Journal . La investigación se titula "Gran interferómetro para exoplanetas (LIFE). XII. La detectabilidad de biofirmas Capstone en el infrarrojo medio:olfateo de gas de la risa exoplanetario y halógenos metilados". El autor principal es el Dr. Daniel Angerhausen, astrofísico y astrobiólogo de la ETH de Zúrich.
En un escenario del mundo real, la Tierra sería sólo una mota distante, casi imposible de discernir. Lo único que LIFE vería es el espectro atmosférico del planeta, que cambiaría con el tiempo dependiendo de qué vistas capturó el telescopio y, fundamentalmente, durante cuánto tiempo lo observó.
Estos espectros se recopilarían a lo largo del tiempo, lo que lleva a una pregunta importante:¿cómo afectarían la geometría observacional y las variaciones estacionales a las observaciones de LIFE?
Afortunadamente para el equipo de investigación, contamos con amplias observaciones de la Tierra con las que pueden trabajar. Los investigadores trabajaron con tres geometrías de observación diferentes:dos vistas desde los polos y una desde la región ecuatorial. Desde esos tres puntos de vista, trabajaron con datos atmosféricos de enero y julio, que representan las mayores variaciones estacionales.
Aunque las atmósferas planetarias pueden ser extremadamente complejas, los astrobiólogos se centran en ciertos aspectos para revelar el potencial de un planeta para albergar vida. De particular interés son los químicos N2 0, CH3 Cl y CH3 Br (óxido nitroso, clorometano y bromometano), todos los cuales pueden producirse de forma biogénica. "Utilizamos un conjunto de escenarios derivados de modelos cinéticos químicos que simulan la respuesta atmosférica de diversos niveles de producción biogénica de N2 O, CH3 Cl y CH3 Br en O2 atmósferas ricas en planetas terrestres para producir modelos avanzados para nuestro software de simulación de observación LIFEsim", escriben los autores.
En particular, los investigadores querían saber si LIFE podrá detectar CO2 , agua, ozono y metano en el planeta Tierra desde unos 30 años luz de distancia. Estos son signos de un mundo templado que sustenta la vida, especialmente el ozono y el metano, que son producidos por la vida en la Tierra, por lo que si LIFE puede detectar la química biológica en la Tierra de esta manera, también puede detectarla en otros mundos.
LIFE pudo detectar CO2 , agua, ozono y metano en la Tierra. También detectó algunas condiciones superficiales que indican agua líquida. Curiosamente, los resultados de LIFE no dependieron del ángulo desde el que se ve la Tierra. Esto es importante ya que no sabemos desde qué ángulos observará LIFE los exoplanetas.
Las fluctuaciones estacionales son el otro problema y no fueron tan fáciles de observar. Pero, afortunadamente, parece que eso no será un factor limitante. "Incluso si la estacionalidad atmosférica no se observa fácilmente, nuestro estudio demuestra que las misiones espaciales de próxima generación pueden evaluar si los exoplanetas terrestres templados cercanos son habitables o incluso habitados", afirmó Quanz.
Sin embargo, detectar las sustancias químicas deseadas no es suficiente. La pieza crítica es cuánto tiempo lleva. Construir un interferómetro espacial que detectara estos químicos pero que tomara demasiado tiempo para hacerlo no sería práctico ni efectivo. "Utilizamos los resultados para derivar los tiempos de observación necesarios para la detección de estos escenarios y los aplicamos para definir los requisitos científicos para la misión", escribe el equipo de investigación en su artículo.
Para tener una visión más amplia de los tiempos de observación de LIFE, los investigadores desarrollaron una lista de objetivos. Crearon una "... distribución de distancia de planetas HZ con radios entre 0,5 y 1,5 radios terrestres alrededor de estrellas tipo M y FGK dentro de 20 pc del sol que son detectables con LIFE". Los datos de estos objetivos provienen de la NASA y de otras investigaciones previas.
Los resultados muestran que solo se necesitan unos pocos días para algunos objetivos, mientras que para otros, podría llevar hasta 100 días detectar abundancias relevantes.
Los que el equipo llama "objetivos dorados" son los más fáciles de observar. Los planetas en Proxima Centauri son un ejemplo de este tipo de objetivos. Para estos planetas sólo se necesitan unos pocos días de observación. Se necesitarán unos diez días de observaciones con LIFE para observar "ciertos escenarios estándar, como planetas terrestres templados alrededor de estrellas M al cinco por ciento", escriben los investigadores. Los casos más desafiantes que aún son factibles son los exoplanetas gemelos de la Tierra a unos 5 pársecs de distancia. Según los resultados, LIFE necesita entre 50 y 100 días de observación para detectar las firmas biológicas.
LIFE sigue siendo sólo una misión potencial en este momento. No es la primera misión propuesta que se centraría únicamente en la habitabilidad de exoplanetas. En 2023, la NASA propuso el Observatorio de Mundos Habitables (HWO). Su objetivo es obtener imágenes directas de al menos 25 mundos potencialmente habitables y luego buscar firmas biológicas en sus atmósferas.
Pero según los autores, sus resultados muestran que LIFE es la mejor opción.
"Si hay sistemas exoplanetarios de estrellas de tipo tardío en la vecindad solar con planetas que exhiben biosferas globales que producen N2 O y CH3 X, LIFE será la misión futura más adecuada para buscarlas sistemáticamente y eventualmente detectarlas", concluyen.
Más información: Daniel Angerhausen et al, Gran interferómetro para exoplanetas (LIFE). XII. La detectabilidad de las biofirmas Capstone en el infrarrojo medio:olfateo de gas de la risa exoplanetario y halógenos metilados, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1f4b
Proporcionado por Universe Today
