La luz de mundos distantes puede revelar vida extraterrestre
La luz de
mundos distantes puede revelar vida extraterrestre
Será la
próxima generación de telescopios y de humanos los que puedan revelar su
eventual existencia, afirma el astrofÃsico Kevin Heng, de LMU
Alexander
Stirn/ EINSICHTEN
Múnich 28 AGO 2024
12:16 Actualizada 30 AGO 2024 13:17
¿Hay vida
extraterrestre ahà fuera? El astrofÃsico Kevin Heng analiza las señales más
diminutas de la atmósfera de los exoplanetas para responder a una de las
preguntas más importantes que existen.
Los
exoplanetas tienden a ser tÃmidos y retraÃdos. Cuando se los identifica en las
proximidades de estrellas distantes (ya sea porque bloquean brevemente la luz
de sus estrellas de origen cuando pasan frente a ellas en sus órbitas, o porque
ejercen tal atracción sobre las estrellas que la luz estelar parece pulsar),
los mundos alienÃgenas no revelan demasiado sobre sà mismos. Los astrónomos
pueden simplemente estimar el tamaño, la masa y, por lo tanto, la densidad de
los exoplanetas a partir de esos datos de observación, pero eso es todo.
Sin embargo,
existe un truco para obtener más detalles de los planetas que no se van a
revelar: si los mundos alienÃgenas, de los que los investigadores han podido
identificar más de 5.600 y el número sigue aumentando, poseen una envoltura de
gas, una pequeña porción de la luz de las estrellas penetra esta atmósfera en
su camino hacia la Tierra. Necesariamente, las moléculas presentes en la
envoltura depositan sus firmas quÃmicas en la luz de las estrellas. Aunque
estos rastros son tenues, los astrónomos de hoy pueden detectarlos con
telescopios adecuadamente potentes.
Exoplanetas,
una oportunidad
“Si queremos
saber más que el tamaño, la masa y la densidad, si queremos saber algo sobre la
quÃmica o la biologÃa de los exoplanetas, entonces la atmósfera es nuestra
ventana a esoâ€, dice Kevin Heng.
Aunque “profesor titular de astrofÃsica teórica†es lo que dice en su tarjeta
de presentación, investigador de la atmósfera de exoplanetas serÃa una
designación más precisa.
Heng, que
nació en Singapur y ha estado enseñando e investigando en LMU desde agosto de
2022, busca aprender más sobre los exoplanetas a través de las firmas de la
envoltura de gas: ¿cómo se formaron? ¿Qué condiciones existen all� ¿Hay signos
de actividad geológica, o incluso de alguna forma de biologÃa? Y, justo en lo
más alto de la lista: ¿estamos solos en el cosmos? “El estudio de las
atmósferas exoplanetarias es quizás nuestra mejor oportunidad de descubrir vida
extraterrestre en el universoâ€, dice Heng.
La luz es la
clave: las moléculas dejan sus huellas en la atmósfera
Hace unos
veinte años, los investigadores descubrieron por primera vez la atmósfera de un
exoplaneta, en la que identificaron rastros de sodio, un elemento poco
interesante para la biologÃa y la geologÃa. Dos décadas después, el panorama
cientÃfico ha cambiado. En particular, el lanzamiento del telescopio espacial
James Webb en diciembre de 2021, que observa el universo a mayor profundidad y
con mayor resolución que todos los anteriores, ha dado un impulso al estudio de
las atmósferas exoplanetarias. Encontrar evidencias de agua, oxÃgeno, metano y
dióxido de carbono se ha convertido en algo habitual. Y la luz es la clave de
estos descubrimientos.
La
espectroscopia es el nombre de la técnica que permite a los cientÃficos
investigar las atmósferas planetarias a muchos años luz de distancia: cada
molécula de la envoltura de gas planetario absorbe la luz de la estrella de
origen en longitudes de onda muy especÃficas. Si esta luz estelar es captada
por telescopios terrestres y dividida en sus colores constituyentes como un
arco iris (espectro es el término que utilizan los fÃsicos), todas estas lÃneas
oscuras de absorción se vuelven visibles. “Cada molécula puede producir una
plétora de estas lÃneasâ€, dice Kevin Heng. “Si los datos de observación son lo
suficientemente buenos, esto es como una huella dactilar únicaâ€.
Hasta aquà la
técnica. El arte o, en palabras de Heng, el desafÃo cientÃfico, consiste en
tomar este revoltijo de lÃneas y sacar las conclusiones correctas sobre las
condiciones geológicas, quÃmicas y biológicas de los exoplanetas. Esto no es
nada fácil, ya que muchos rastros, muchas huellas dactilares, pueden ser
engañosos. El oxÃgeno, por ejemplo, es un claro indicador de vida cuando se
encuentra en la Tierra. Sin embargo, en un exoplaneta rico en agua expuesto a
la dura radiación ultravioleta de su estrella natal, podrÃan estar en juego
otras dinámicas: primero, la luz ultravioleta divide el agua en hidrógeno y
oxÃgeno. La atracción gravitatoria del planeta no es lo suficientemente fuerte
como para retener el hidrógeno ligero, que escapa al espacio. Esto deja atrás
una gran cantidad de oxÃgeno, cuya huella es claramente reconocible en el
espectro. Y, sin embargo, esto no tiene nada que ver con los compuestos
orgánicos, y mucho menos con la vida. Lo mismo ocurre con el dióxido de
carbono: en la Tierra, el gas suele tener un origen biológico; en un
exoplaneta, puede ser simplemente el producto de la actividad volcánica.
El
investigador como rastreador
Kevin Heng
quiere desvelar este tipo de pistas falsas con su trabajo. Quiere saber qué
patrones, qué rastros moleculares deben estar presentes en la luz de las
estrellas para comprender la geoquÃmica exoplanetaria o para poder hablar con
certeza de su origen biológico. “En el estado actual de la investigación en
nuestro campo, es importante medir tantas moléculas como sea posibleâ€, afirma
el cientÃfico de 45 años. “Es un poco como una búsqueda del tesoro en
la que se descubre más tarde el valor del tesoro y lo que revelaâ€.
Heng no es el
tipo de fÃsico teórico que uno puede encontrar en libros de texto llenos de
clichés. No es alguien que se sienta en un escritorio de madera con lápiz y
papel durante semanas enteras, resolviendo una ecuación tras otra. Tampoco es
alguien que se pasa todo el dÃa mirando la pared de azulejos del fondo de su
oficina de los años 70 en el Observatorio Universitario de Múnich,
reflexionando sobre problemas. Heng es demasiado activo y comprometido para
eso. Y su campo de investigación, que forma parte del ORIGINS Excellence
Cluster en Múnich por una buena razón, es demasiado amplio e interdisciplinario
para un aislamiento tan grande.
¿Pueden
nuestros ciclos terrestres aplicarse a planetas distantes?
Naturalmente,
el trabajo teórico en el sentido clásico también forma parte de la práctica
diaria de Heng. Por ejemplo, se plantea la cuestión clave de si las teorÃas
desarrolladas para la Tierra y nuestro sistema solar pueden aplicarse a
exoplanetas distantes y de qué manera. Otro ejemplo, el ciclo del carbono
terrestre determina cómo se desarrolla el contenido de dióxido de carbono en la
atmósfera terrestre a lo largo de escalas de tiempo largas. Pero, ¿se produce
este tipo de ciclo también en los exoplanetas? "Esto aún está lejos de
estar claro", dice Heng. "Sin embargo, la cuestión de hasta qué punto
se pueden aplicar universalmente los principios fÃsicos y quÃmicos
fundamentales es crucial para nuestra comprensión de los exoplanetas".
Heng ha
buscado especÃficamente geoquÃmicos para trabajar con ellos en el laboratorio.
Una de las preguntas clave es: ¿qué gases se liberan cuando se funden trozos de
roca de diversas composiciones? ¿Y cómo encaja esto con las huellas dactilares
de exoplanetas rocosos que se pueden captar con telescopios? Ha diseñado
experimentos para proporcionar información más precisa y planea incorporar sus
hallazgos en teorÃas y simulaciones.
Cuando Heng
comenzó a investigar exoplanetas hace diez años, estando todavÃa en la
Universidad de Berna, uno de sus primeros enfoques consistió en aplicar
simulaciones climáticas que se habÃan desarrollado para la Tierra a planetas
distantes. Y la realización de tales cálculos en el ordenador sigue siendo un
aspecto importante del trabajo de Heng en la actualidad. Por ejemplo, él y su
equipo en su cátedra de Múnich trabajan en formas de adaptar mejor los modelos
atmosféricos y climáticos a las mediciones más recientes.
Trabajar con
conjuntos de datos reales
En sus
investigaciones, los investigadores también utilizan datos de observación
reales. Por ejemplo, una docena de conjuntos de datos del telescopio espacial
James Webb ya han llegado a la cátedra de Heng en Múnich, donde se analizan, se
toman huellas espectrales y se comparan los resultados con modelos teóricos.
Heng soñaba
con ser astronauta cuando era niño, por lo que es lógico que participe en
misiones espaciales. No como fabricante de instrumentos (después de todo, es un
teórico), sino como proveedor de ideas. En el caso del telescopio espacial
europeo Cheops, diseñado para buscar exoplanetas y cuya sede cientÃfica está en
Berna, Heng participó en el desarrollo del programa de observación. Y cuando
Europa lance su próximo cazador de exoplanetas, Ariel, a finales de la década,
volverá a participar. Fue por iniciativa suya que la LMU se uniera al consorcio
cientÃfico para la misión espacial. Heng afirma: "Queremos que la LMU sea
el lugar en Alemania donde se establecerán los especialistas que evalúen los
datos de Ariel".
Astrónomos
que registran los espectros de los exoplanetas, cientÃficos de datos que
analizan las huellas dactilares, geólogos, investigadores del clima y quÃmicos
que crean y perfeccionan modelos: el trabajo en la cátedra ha ido mucho más
allá de la astrofÃsica clásica. Para Heng, cuya tesis doctoral sobre los restos
de estrellas en explosión todavÃa se ajustaba a un esquema muy tradicional,
esta interdisciplinariedad se ha convertido en algo natural. Cuando comenzó a
estudiar los exoplanetas, recuerda, primero tuvo que leer sobre investigación
climática y atmosférica. Y en Múnich, contrató de inmediato a un geoquÃmico.
Ahora los dos se enseñan mutuamente los detalles de sus respectivas materias y
el lenguaje correspondiente.
La búsqueda
de vida es, por supuesto, el objetivo final, pero será la próxima generación de
telescopios y de cientificos los que puedan responder a esta pregunta.
Kevin Heng
Estar abierto
al conocimiento de otros campos
“Para
entender las atmósferas de los exoplanetas no basta con ser fÃsicoâ€, afirma
Heng. “Hay que estar abierto a los conocimientos de diferentes campos y
encontrar la manera de hablar con gente de esas disciplinas. Necesité años para
establecer esos contactosâ€. Su anterior trabajo como director del Centro de
Espacio y Habitabilidad de Berna, un centro de investigación interdisciplinario
dedicado a la búsqueda de vida en el universo, le ayudó a ello.
La principal
conclusión de Heng es que no basta con reunir en una sala a los mejores
investigadores de distintas disciplinas, por fantásticos que sean sus CV. “Lo
que ocurre entonces, según mi experiencia, es prácticamente nadaâ€. Lo que se
necesita, en cambio, observa Heng, son las personas adecuadas con las
personalidades adecuadas: abiertas de mente, comunicativas, capaces de mantener
debates que vayan más allá de los lÃmites de su propio campo de
especialización. “No se pueden descubrir estas cosas en el CV de alguien, por
desgracia; siempre se necesita algo de ensayo y errorâ€.
Todo esto –la
interdisciplinariedad y el entendimiento mutuo– será aún más importante si
algún dÃa se intensifica la búsqueda de vida en exoplanetas y entra en juego la
biologÃa. Al fin y al cabo, todavÃa no tenemos una idea precisa de cómo podrÃa
ser la vida en otros mundos. ¿Como la vida en la Tierra? ¿O completamente
diferente? Y en este último caso, ¿qué huellas deberÃamos buscar realmente?
“La búsqueda
de vida es, por supuesto, el objetivo finalâ€, afirma Heng, aunque advierte de
que no hay que tener expectativas poco razonables. “Será la próxima generación
de telescopios y de cientÃficos los que puedan responder a esta pregunta. Lo
importante es que ahora creemos las bases para alcanzar este objetivoâ€.