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Así es cómo el telescopio Webb nos ayudará a buscar vida extraterrestre

El Webb será una "cambio revolucionario" en nuestra comprensión de los mundos lejanos, dicen los científicos.

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Imagen artística del sistema de exoplanetas TRAPPIST-1.
Imagen artística del sistema de exoplanetas TRAPPIST-1.
Imagen: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt, T. Pyle (IPAC)

Los astrónomos se han preguntado durante mucho tiempo si existen planetas similares a la Tierra en otras partes del universo y si pueden llegar a albergar vida. Hasta ahora, la única respuesta al respecto nos ha llegado desde la ciencia ficción, no desde nuestro universo. Pero el último gran telescopio de la NASA, el Telescopio Espacial Webb, nos acercará un poco más a esa respuesta, ofreciendo una mirada sin precedentes a los mundos rocosos que orbitan alrededor de otras estrellas.

“Imagina si pudiésemos afirmar que hay algunos mundos rocosos con vapor de agua y con océanos de agua”, dijo Sara Seager, profesora de física y ciencia planetaria del MIT. “Ese es un gran paso hacia delante desde donde estamos hoy. Es como... ni siquiera lo podemos cuantificar”.

Aunque el Webb estudiará de todo, desde galaxias a estrellas, los astrónomos están ansiosos por usarlo para estudiar planetas fuera de nuestro sistema solar. El Webb desentrañará las complejas atmósferas de estos exoplanetas, identificando qué elementos y gases están presentes. Los científicos esperan que el Webb ofrezca grandes mejoras en comparación con telescopios anteriores como el Hubble.

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“Es algo revolucionario”, dijo Néstor Espinoza, astrónomo del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, encargado de operar los telescopios Webb y Hubble.

El Hubble puede detectar los elementos que hay en las atmósferas de los planetas gaseosos más grandes, como Neptuno o Júpiter. Pero el Webb podría proporcionar el primer análisis de las atmósferas de exoplanetas similares a la Tierra.

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“El solo hecho de poder detectar atmósferas alrededor de planetas del tamaño de la Tierra es un gran paso para poder explorar qué aspecto tienen otros exoplanetas”, dijo Espinoza. “Va a ser un aparato revolucionario”.

Los astrónomos no descubrieron los primeros exoplanetas hasta 1992, hace ya tres décadas. Ahora han identificado más de 5000 planetas orbitando a estrellas distintas al Sol, y cada uno de ellos es un mundo alienígena único lleno de misterios. Muchos de estos planetas tienen composiciones rocosas como los planetas de nuestro sistema solar interior, como Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Sin embargo, observar la atmósfera de un planeta rocoso sigue siendo algo difícil para los científicos, ocultándoles así información clave sobre la superficie de esos planetas, como por ejemplo la existencia de ingredientes clave para la vida como el agua.

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El Telescopio Espacial James Webb completamente desplegado
El Telescopio Espacial James Webb completamente desplegado
Imagen: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Para deducir la composición atmosférica de un exoplaneta, el telescopio Webb utilizará una técnica llamada espectroscopia de transmisión. Si un exoplaneta pasa entre el Webb y la estrella durante su órbita, bloqueará parte de la luz estelar. Si el exoplaneta tiene atmósfera, los gases que contenga absorberán parte de esa luz antes de que llegue a los sensibles espejos del Webb. Después, los astrónomos podrán determinar qué longitudes de onda faltan en la luz que atravesó la atmósfera para inferir los gases presentes.

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Si bien los astrónomos han utilizado esta técnica docenas de veces con telescopios anteriores, el Webb permite observar el espectro infrarrojo, lo que le permite diferenciar más gases que el Hubble, que detectaba principalmente la luz visible.

“Creo que lo más emocionante del Webb es la amplia longitud de onda que cubre”, dijo Thomas Mikal-Evans, astrónomo del Instituto Max Planck. “En el rango infrarrojo, hay muchas características de absorción debido no solo al agua, sino también a otras moléculas como el metano y el dióxido de carbono, el monóxido de carbono, el amoníaco y el cianuro. Realmente está abriendo una longitud de onda del espacio a la que no habíamos tenido acceso y nos permitirá detectar muchas más especies químicas que antes”.

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Un conjunto de exoplanetas que los astrónomos están ansiosos por ver a través de Webb es el sistema TRAPPIST-1. El sistema TRAPPIST-1 contiene siete planetas rocosos que orbitan una estrella enana roja ligeramente más grande que Júpiter y con la mitad de temperatura que nuestro Sol. Resultan especialmente interesantes los planetas que están en la zona habitable, donde el agua puede permanecer en su forma líquida.

Detectar una atmósfera en estos exoplanetas permitiría a los astrónomos hacer algo que nunca han podido hacer: comparar los planetas rocosos de nuestro sistema solar con los planetas rocosos de un sistema solar extraterrestre. “Esto ha sido un sueño hasta ahora”, dijo Espinoza.

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Sin embargo, eso de determinar la composición de la atmósfera puede ser más fácil de decir que de hacer.

Este es el aspecto que tendría el sistema TRAPPIST-1 si pudiésemos verlo desde la Tierra.
Este es el aspecto que tendría el sistema TRAPPIST-1 si pudiésemos verlo desde la Tierra.
Imagen: NASA//JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)
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“Tienes que tener la suerte de tener una composición atmosférica con fuertes características espectrales que realmente aparezcan en tus datos”, dijo Mikal-Evans. Debido a que los astrónomos no pueden predecir con anticipación qué hay en la atmósfera, no saben si habrá nubes o neblina como en Venus o en Titán, la luna de Saturno, algo que reduciría la capacidad del Webb para determinar de qué está hecha la atmósfera.

Si el telescopio detecta una atmósfera en uno de estos planetas, el siguiente paso sería comprender de qué está hecha y qué nos dice eso sobre su superficie. Por ejemplo, si el Webb descubriera vapor de agua en la atmósfera de un pequeño exoplaneta rocoso, esto significaría que debe haber un océano líquido en la superficie que proporcione un suministro constante de nuevas moléculas de agua. Esto es porque la radiación ultravioleta de la estrella rompería las moléculas de vapor de agua. Con el hidrógeno flotando en el espacio (ya que los exoplanetas rocosos son demasiado pequeños para mantenerlo) y el oxígeno reaccionando con un elemento diferente y formando un compuesto químico diferente, solo una gran reserva de agua sería capaz de reponer el vapor de agua de la atmósfera.

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Por supuesto, si el Webb detecta vapor de agua o un gas que sea un signo potencial de vida —sobre todo dióxido de carbono, metano o amoníaco— una pregunta inevitable sería si ahí hay vida extraterrestre.

La primera imagen de prueba del James Webb después de haber alineado sus espejos.
La primera imagen de prueba del James Webb después de haber alineado sus espejos.
Imagen: NASA/STScI
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Todos los astrónomos entrevistados para esta historia advirtieron que, si bien es posible que la vida pudiera estar presente en esas condiciones, el Webb no podría proporcionar pruebas convincentes de ello.

“Aunque no puedo decir que no, creo que detectar vida es muy poco probable por muchas razones”, dijo Espinoza. “Incluso en el caso en que esa señal estuviera en los datos, consensuar que ahí existe vida sería enormemente complicado”.

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Obtener tal consenso requeriría evidencias de que esa señal es real y no solo variaciones aleatorias de los datos. Además, los científicos deben descartar cualquier explicación alternativa de cómo el gas podría estar haber llegado ahí sin la presencia de vida.

“Mi opinión es que nunca llegaremos a ese punto por la limitada información que tenemos sobre los exoplanetas”, dijo Seager.

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Seager tiene experiencia de primera mano en este escenario hipotético. En 2020, ella y otros científicos informaron que habían descubierto fosfina en la atmósfera de Venus. La fosfina tiene pocos orígenes no vivos, por lo que encontrar grandes cantidades de ella en una atmósfera podría indicar la presencia de vida. En respuesta a su investigación, varios artículos científicos cuestionaron si la fosfina estaba realmente en los datos que habían recibido o si ésta podría provenir de procesos no biológicos. Otros científicos encontraron fallos en sus argumentos y todavía se está debatiendo sobre el asunto.

“Simplemente no puedo imaginar este complejo nivel de argumentación en un planeta del que no sabemos nada”, dijo Seager. “Podríamos encontrar algunas señales, pero no es algo que la gente pueda probar de ninguna manera”.

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En cuanto a lo de obtener más pruebas, eso sería algo que recaerá en los telescopios que vengan después del Webb. “La década de 2040 será probablemente un marco de tiempo más realista para buscar en serio firmas biológicas”, dijo Mikal-Evans.

Aunque el Webb no podrá responder si estamos solos en el universo, Seager enfatizó que, al estudiar mundos situados alrededor de otras estrellas, el Webb puede proporcionarnos una nueva comprensión de nuestro lugar en el universo y cómo se formó nuestro sistema solar. “Va a encontrar algunas cosas realmente interesantes”, dijo.

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“Si le preguntaras a un astrónomo hace 20 años sobre esto, habría pensado que esto es ciencia ficción”, dijo Espinoza. “Pero es pura ciencia”.