En las últimas décadas, los astrónomos han confirmado la existencia de miles de planetas más allá de nuestro Sistema Solar. Con el tiempo, el proceso ha pasado del descubrimiento a la caracterización con la esperanza de encontrar cuáles de estos planetas son capaces de soportar la vida. Por el momento, estos métodos son de naturaleza indirecta, lo que significa que los astrónomos solo pueden inferir si un planeta es habitable en función de lo parecido que se parece a la Tierra.
Para ayudar en la búsqueda de exoplanetas "potencialmente habitables", un equipo de investigadores de Cornell creó recientemente cinco modelos que representan puntos clave en la evolución de la Tierra. Estas "instantáneas" de cómo se veía la Tierra durante varias épocas geológicas podrían mejorar en gran medida la búsqueda de vida extraterrestre al proporcionar una imagen más completa de cómo podría ser un planeta portador de vida.
El estudio, que apareció recientemente en el Letras de revistas astrofísicas, fue dirigida por Lisa Kaltenegger, profesora asociada de astronomía en la Universidad de Cornell y directora del Instituto Carl Sagan (CSI). Utilizando épocas geológicas previas como guía, Kaltenegger y su equipo desarrollaron plantillas espectrales que ayudarán a los telescopios de próxima generación en la búsqueda de planetas "similares a la Tierra".
Estos incluyen el Telescopio espacial James Webb (JWST) y el Telescopio Espacial Infrarrojo de Campo Amplio (WFIRST), que se desplegará en el espacio en 2021 y 2024, respectivamente. Como Kaltenegger explicó en un reciente comunicado de prensa de CSI:
"Esta nueva generación de telescopios espaciales y terrestres junto con nuestros modelos nos permitirá identificar planetas como nuestra Tierra a unos 50 o 100 años luz de distancia".
“Utilizando nuestra propia Tierra como clave, modelamos cinco épocas distintas de la Tierra para proporcionar una plantilla sobre cómo podemos caracterizar una potencial exo-Tierra, desde una Tierra joven y prebiótica hasta nuestro mundo moderno. Los modelos también nos permiten explorar en qué punto de la evolución de la Tierra un observador distante podría identificar la vida en los "puntos azules pálidos" del universo y en otros mundos como ellos ".
Para descomponerlo todo, los astrónomos se limitan actualmente a buscar planetas que se parezcan a la Tierra, principalmente porque la Tierra es el único planeta conocido que soporta la vida. Sin embargo, las condiciones que vemos hoy en la Tierra son solo una instantánea de cómo se ha visto nuestro planeta con el tiempo. En el pasado, la geología y la atmósfera de la Tierra eran muy diferentes, lo que desempeñaba un papel vital en la evolución de la vida terrestre.
En aras de su estudio, Kaltenegger y su equipo crearon modelos atmosféricos que coinciden con lo que parecía la Tierra hace 3.900 millones de años. Esta "Tierra prebiótica" tenía una atmósfera compuesta principalmente de dióxido de carbono. Un segundo modelo, "Tierra anóxica", muestra cómo se veía nuestro planeta hace 3.500 millones de años cuando la atmósfera estaba libre de oxígeno.
Otros tres modelos revelan la transición de la Tierra hacia el presente, que incluyó el surgimiento de organismos fotosintéticos (hace unos 3.500 millones de años) y el "Gran evento de oxigenación" (hace unos 2.4 a 2.000 millones de años). Durante estas épocas, el oxígeno en nuestra atmósfera aumentó gradualmente de una concentración de 0.2% a niveles modernos de 21%. Como dijo Kaltenegger:
"Nuestra Tierra y el aire que respiramos han cambiado drásticamente desde que la Tierra se formó hace 4.500 millones de años, y por primera vez, este documento aborda cómo los astrónomos que intentan encontrar mundos como el nuestro, podrían detectar planetas jóvenes y modernos en tránsito, utilizando nuestra propia historia de la Tierra como plantilla ".
Si bien sigue siendo desconocido exactamente cuando la Tierra logró una atmósfera con abundante oxígeno, estos modelos proporcionan un marco para las características atmosféricas que estaban presentes en la Tierra hace miles de millones de años. Según estas plantillas, es probable que los exoplanetas que tienen niveles atmosféricos de menos del 1% de oxígeno muestren signos de biología, ozono y metano emergentes.
Además de los telescopios espaciales como JWST y WFIRST, los telescopios terrestres como el telescopio extremadamente grande (ELT) de ESO, el telescopio de treinta metros (TMT) y el telescopio gigante de Magallanes (GMT). Con su alta sensibilidad y óptica adaptativa, estos telescopios podrán realizar estudios de imágenes directas de exoplanetas distantes y caracterizar sus atmósferas.
Con estos instrumentos, los astrónomos podrán ver como exoplanetas rocosos más pequeños con órbitas más estrechas (también conocidos como planetas "similares a la Tierra") mientras transitan frente a sus estrellas anfitrionas (lo que se conoce como el Método de Tránsito). A medida que esto sucede, la luz solar pasará a través de sus atmósferas y producirá espectros que los astrónomos usarán para determinar qué productos químicos están presentes.
"Una vez que el exoplaneta transita y bloquea parte de su estrella anfitriona, podemos descifrar sus firmas espectrales atmosféricas", dijo Kaltenegger. "Utilizando la historia geológica de la Tierra como clave, podemos detectar más fácilmente los signos químicos de la vida en los exoplanetas distantes".
Si la historia geológica de la Tierra es una indicación, los planetas que son capaces de soportar a través de la vida pasan por algunas transiciones serias, en parte porque el surgimiento de la vida afecta la evolución del planeta. A este respecto, los calificadores como "similar a la Tierra" y "potencialmente habitable" tienen una dimensión temporal, que implica una gama de condiciones a lo largo del tiempo.
