¿Qué señal indicaría que hay vida en otro planeta?

En junio, los astrónomos anunciaron un descubrimiento decepcionante: el telescopio espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) no logró hallar una atmósfera densa alrededor de TRAPPIST-1 C, un exoplaneta rocoso en uno de los sistemas planetarios más atractivos para la búsqueda de vida extraterrestre.

El hallazgo está en línea con noticias similares sobre el planeta vecino TRAPPIST-1 B, otro integrante del sistema TRAPPIST-1. Su tenue estrella roja alberga siete mundos rocosos, algunos de los cuales están en la zona habitable —a una distancia de su estrella a la que podría existir agua líquida en sus superficies y prosperar vida de otro mundo—.

Qué se necesitaría para detectar esa vida, si es que existe, no es una pregunta nueva. Pero gracias al JWST, por fin se está convirtiendo en una pregunta práctica. En los próximos años, el telescopio podría vislumbrar las atmósferas de varios planetas prometedores en órbita alrededor de estrellas lejanas. Escondidos en la química de esas atmósferas podrían estar los primeros indicios de vida más allá de nuestro sistema solar. Esto presenta un problema difícil: ¿qué califica como una verdadera señal química de vida?

“Estás tomando muy poca información sobre un planeta para llegar a una conclusión que podría ser muy profunda —cambiar nuestra visión de todo el universo—”, dice el científico planetario Joshua Krissansen-Totton, de la Universidad de Washington.

Para detectar una biofirma de este tipo, los científicos deben encontrar formas inteligentes de trabajar con la limitada información que pueden obtener observando exoplanetas.

Los compuestos químicos en contexto

Incluso los telescopios más potentes, entre ellos el JWST, casi nunca “ven” exoplanetas —en general, los astrónomos conocen estos mundos lejanos solo por el parpadeo de sus estrellas—.

En lugar de observar los planetas directamente, los astrónomos enfocan sus telescopios hacia las estrellas y esperan a que los planetas “transiten”, o pasen, entre su sol y el telescopio. Cuando un planeta hace ese tránsito, un poco de luz estelar se filtra a través de su atmósfera y oscurece la estrella en determinadas longitudes de onda, dependiendo de las sustancias químicas presentes en la atmósfera. Los picos y caídas de brillo resultantes son como un código de barras químico del planeta en tránsito.

Tal vez la forma más intuitiva de hallar una biofirma en ese código de barras sea buscar en él un gas claramente producido por una forma de vida. Durante un tiempo, los científicos pensaron que el oxígeno, que abunda en la Tierra gracias a la fotosíntesis, era una firma biológica independiente. Pero el oxígeno puede surgir de otros procesos. Por ejemplo, la luz solar puede descomponer el agua de la atmósfera del planeta.

Y ese problema no es exclusivo del oxígeno —la mayoría de los gases que producen los seres vivos también pueden surgir sin vida—. Por eso, en lugar de tratar a los gases como biofirmas por sí solos, hoy los científicos tienden a considerarlos en su contexto.

El metano, por ejemplo, se puede producir tanto cuando hay vida como sin ella. No sería una firma biológica convincente por sí sola. Pero encontrar metano y oxígeno juntos “sería tremendamente emocionante”, dice el científico planetario Robin Wordsworth de la Universidad de Harvard; es muy difícil producir esa combinación sin la existencia de vida. Del mismo modo, el trabajo de Krissansen-Totton y sus colegas mostró recientemente que hallar metano junto con las cantidades adecuadas de otros gases, como el dióxido de carbono, sería difícil de explicar sin una forma de vida.

Observar cómo cambia la atmósfera de un exoplaneta con el tiempo también proporcionaría un contexto valioso que podría fortalecer biofirmas que de otro modo serían débiles. Las variaciones estacionales en la concentración de ozono, por ejemplo, podrían ser una huella digital de la vida, según un estudio científico de 2018.

Sorpresas, no suposiciones

Por supuesto, “si buscas gases individuales como el oxígeno o el metano, entonces en esa búsqueda ya hay una suposición de qué tipo de vida existe en otros lugares”, dice Krissansen-Totton. Por eso, algunos científicos están desarrollando biofirmas agnósticas que no asumen que la bioquímica alienígena se parezca a la de la Tierra.

Una posible biofirma agnóstica es el grado de “sorpresa” química de la atmósfera de un exoplaneta —lo que los científicos llaman desequilibrio químico—.

Una atmósfera cercana al equilibrio sería químicamente poco interesante, un poco como un matraz cerrado, con gas, en un laboratorio. Por supuesto, ningún planeta es tan aburrido como un matraz de laboratorio. Las reacciones químicas en la atmósfera de un planeta pueden ser impulsadas por sus estrellas y los procesos geológicos, como la actividad volcánica, pueden aumentar el desequilibrio y, así, aumentar el carácter químicamente sorprendente de la atmósfera.

La vida también puede alejar a los planetas del equilibrio. Y suponiendo que la vida extraterrestre produzca algunos tipos de gases, esos compuestos podrían alejar la atmósfera planetaria aún más allá del equilibrio. Sin embargo, el desequilibrio por sí solo “no es un indicador inequívoco”, afirma Krissansen-Totton.

En 2016, el experto y sus colegas calcularon el desequilibrio térmico de la atmósfera de todos los planetas del sistema solar y de Titán, una luna de Saturno. De acuerdo con esta medida, la atmósfera de la Tierra destacaba como extrema —pero solo si se incluían los océanos en los cálculos—. Sin tener en cuenta sus interacciones con el océano, la atmósfera terrestre está más cerca del equilibrio que la de Marte.

Aun así, aunque no apunte a la biología, encontrar la atmósfera de un exoplaneta alejada del equilibrio le indicaría a los astrónomos que está ocurriendo algo interesante, señala Krissansen-Totton; algo que está “modificando la atmósfera de una forma dramática que necesitamos comprender”.

David Kinney, filósofo de la ciencia de la Universidad de Yale, ha trabajado recientemente con el biofísico Chris Kempes, del Instituto Santa Fe, para desarrollar una nueva forma de detectar posibles biofirmas agnósticas. Es una idea aparentemente sencilla: para hallar vida, se deben buscar los planetas más extraños.

Si no se hacen suposiciones sobre cómo es la vida extraterrestre, prácticamente cualquier gas podría ser una biofirma en el contexto adecuado. En 2016, la astrofísica del MIT Sara Seager y sus colegas propusieron una lista de unas 14.000 moléculas para ser consideradas como posibles firmas biológicas. Kinney y Kempes desarrollaron su método de evaluación utilizando esa lista de compuestos, junto con métodos inspirados en algoritmos de aprendizaje automático diseñados para reconocer lo extraño dentro un conjunto. Eso llevó a definir y puntuar con precisión la “rareza” de la atmósfera de un exoplaneta hipotético en comparación con un conjunto de otras atmósferas hipotéticas.

Kinney y Kempes sostienen que las atmósferas más extrañas de un conjunto son las que tienen más probabilidades de albergar vida. Esto se basa en algunos supuestos básicos: la vida en el universo es rara, deja rastros en las atmósferas planetarias y esos rastros de vida son difíciles de imitar si no hay un ser vivo. Por supuesto, estas suposiciones podrían resultar falsas, afirma Kinney. Pero “si no queremos hacer ninguna suposición en absoluto”, añade, “entonces creo que es muy difícil hacer cualquier tipo de progreso científico, y mucho menos en un área con una incertidumbre tan profunda como esta”.

En primer lugar, comprender la “no vida”

Para reducir esa incertidumbre, los científicos tendrán que ser capaces de descartar con seguridad las explicaciones que no están relacionadas con la vida para identificar cualquier posible firma biológica. Eso requiere un conocimiento a fondo de la geología y la química atmosférica alienígenas. Así que, en lugar de centrarse en si un planeta es habitable o no, algunos científicos sostienen que el estudio de planetas obviamente sin vida reforzará la búsqueda de vida extraterrestre.

“Creo que tenemos que aprender muchas cosas básicas sobre los planetas antes de empezar a preguntarnos sobre la habitabilidad”, dice Laura Kreidberg, del Instituto Max Planck de Astronomía, en Alemania, coautora junto a Wordsworth de una revisión sobre la astronomía de exoplanetas rocosos publicado en el Annual Review of Astronomy and Astrophysics de 2022.

Una enorme incógnita es si los planetas potencialmente rocosos que puede observar el JWST tendrán atmósfera. Las únicas estrellas cuyos planetas en la zona habitable están al alcance del telescopio son enanas rojas, como TRAPPIST-1. Estas estrellas tienen la desagradable costumbre de emitir una radiación muy intensa que, según muchos científicos, acabaría inevitablemente con las atmósferas de cualquier planeta habitable, lo que podría explicar las escasas o inexistentes atmósferas en TRAPPIST-1 B y TRAPPIST-1 C.

Las estrellas enanas rojas son también las más comunes en la Vía Láctea —por lo que si sus planetas rocosos no pueden mantener atmósferas, se reduciría considerablemente la cantidad de mundos potencialmente habitables—.

Si podemos observar suficientes exoplanetas rocosos, “estaremos en una posición mucho, mucho más fuerte para entender lo que significa una biofirma”, dice Wordsworth. “Una cosa realmente poderosa que nos dan los exoplanetas son las estadísticas”.

La palabra “biofirma” puede evocar una prueba irrefutable. Pero, dice Krissansen-Totton, “el descubrimiento de vida en exoplanetas va a ser una acumulación gradual de pruebas”.

A medida que esas evidencias se vayan acumulando, los científicos podrán empezar a probar sus hipótesis sobre los planetas rocosos de forma rigurosa y, tal vez, reevaluarlas.

“La astronomía es, en el fondo, una ciencia de descubrimiento”, afirma Kreidberg. “A pesar de nuestros mejores planes, marcos y sistemas, en cuanto empezamos a obtener datos y a observar cosas, todo se vuelve al revés”.

Artículo traducido por Daniela Hirschfeld