Primos de la Tierra: próximas misiones para buscar 'biofirmas' en atmósferas de exoplanetas
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Crédito: CC0 Dominio Público
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Los científicos han descubierto miles de exoplanetas, incluidas docenas de mundos terrestres o rocosos en las zonas habitables alrededor de sus estrellas madre. Un enfoque prometedor para buscar signos de vida en estos mundos es sondear las atmósferas de los exoplanetas en busca de "biofirmas", búsquedas en la composición química que son signos reveladores de la vida. Por ejemplo, gracias a la fotosíntesis, nuestra atmósfera es casi un 21% de oxígeno, un nivel mucho más alto de lo esperado dada la composición de la Tierra, la órbita y la estrella madre.
Encontrar firmas biológicas no es una tarea sencilla. Los científicos usan datos sobre cómo las atmósferas de exoplanetas interactúan con la luz de su estrella madre para aprender sobre sus atmósferas. Pero la información, o los espectros, que pueden reunir utilizando los telescopios terrestres y espaciales actuales es demasiado limitada para medir atmósferas directamente o detectar firmas biológicas.
Investigadores de exoplanetas como Victoria Meadows, profesora de astronomía en la Universidad de Washington, se centran en lo que los próximos observatorios, como el James Webb Space Telescope o JWST, podrían medir en atmósferas de exoplanetas. El 15 de febrero en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia en Seattle, Meadows, investigador principal del Laboratorio Planetario Virtual de la Universidad de Washington, dio una charla para resumir qué tipo de datos pueden recopilar estos nuevos observatorios y qué pueden revelar sobre las atmósferas de los exoplanetas terrestres, similares a la Tierra. Meadows se sentó con UW News para discutir la promesa de estas nuevas misiones para ayudarnos a ver los exoplanetas bajo una nueva luz.
P: ¿Qué cambios están llegando al campo de la investigación de los exoplanetas?
En los próximos cinco a 10 años, potencialmente tendremos nuestra primera oportunidad de observar las atmósferas de los exoplanetas terrestres. Esto se debe a que los nuevos observatorios están listos para entrar en línea, incluido el James Webb Space Telescope y los observatorios terrestres como el Extremely Large Telescope. Gran parte de nuestro trabajo reciente en el Laboratorio Planetario Virtual, así como por colegas de otras instituciones, se ha centrado en simular cómo se verán los exoplanetas similares a la Tierra para el JWST y los telescopios terrestres. Eso nos permite comprender los espectros que estos telescopios recogerán, y lo que esos datos nos dirán y no sobre esas atmósferas de los exoplanetas.
P: ¿Qué tipos de atmósferas de exoplanetas podrán caracterizar el JWST y otras misiones?
Nuestros objetivos son en realidad un grupo selecto de exoplanetas que están cerca, dentro de 40 años luz, y orbitan estrellas muy pequeñas y frías. Como referencia, la misión Kepler identificó exoplanetas alrededor de estrellas que están a más de 1.000 años luz de distancia. Las estrellas anfitrionas más pequeñas también nos ayudan a obtener mejores señales de lo que están hechas las atmósferas planetarias porque la capa delgada de la atmósfera planetaria puede bloquear más luz de una estrella más pequeña.
Así que hay un puñado de exoplanetas en los que nos estamos enfocando para buscar signos de habitabilidad y vida. Todos fueron identificados por estudios en tierra como TRAPPIST y su sucesor, SPECULOOS, ambos dirigidos por la Universidad de Lieja, así como por el Proyecto MEarth dirigido por Harvard. Los exoplanetas más conocidos en este grupo son probablemente los siete planetas terrestres que orbitan TRAPPIST-1. TRAPPIST-1 es una estrella enana M, una de las más pequeñas que puedes tener y ser una estrella, y sus siete exoplanetas abarcan el interior y más allá de la zona habitable, con tres en la zona habitable.
Hemos identificado TRAPPIST-1 como el mejor sistema para estudiar porque esta estrella es tan pequeña que podemos obtener señales bastante grandes e informativas de las atmósferas de estos mundos. Todos son primos de la Tierra, pero con una estrella madre muy diferente, por lo que será muy interesante ver cómo son sus atmósferas.
P: ¿Qué has aprendido hasta ahora sobre las atmósferas de los exoplanetas de TRAPPIST-1?
La comunidad de astronomía ha tomado observaciones del sistema TRAPPIST-1, pero no hemos visto nada más que "no detecciones". Eso todavía nos puede decir mucho. Por ejemplo, las observaciones y los modelos sugieren que estas atmósferas de exoplanetas tienen menos probabilidades de estar dominadas por el hidrógeno, el elemento más ligero. Eso significa que no tienen atmósferas en absoluto, o tienen atmósferas de densidad relativamente alta como la Tierra.
P: ¿Sin atmósferas? ¿Qué causaría eso?
Las estrellas enanas M tienen una historia muy diferente a la de nuestro propio sol. Después de su infancia, las estrellas parecidas al sol se iluminan con el tiempo a medida que se fusionan.
Las enanas M comienzan siendo grandes y brillantes, ya que colapsan gravitacionalmente al tamaño que tendrán durante la mayor parte de sus vidas. Entonces, los planetas enanos M podrían estar sujetos a largos períodos de tiempo, tal vez hasta mil millones de años, de luminosidad de alta intensidad. Eso podría despojar a un planeta de su atmósfera, pero la actividad volcánica también puede reponer las atmósferas. Según sus densidades, sabemos que es probable que muchos de los mundos TRAPPIST-1 tengan depósitos de compuestos, a niveles mucho más altos que la Tierra, que podrían reponer la atmósfera. Los primeros resultados significativos de JWST para TRAPPIST-1 serán: ¿Qué mundos retienen atmósferas? ¿Y qué tipos de atmósferas son?
Soy discretamente optimista de que tienen atmósferas debido a esos depósitos, que todavía estamos detectando. Pero estoy dispuesta a sorprenderme con los datos.
¿Qué tipos de señales buscarán el JWST y otros observatorios en las atmósferas de los exoplanetas TRAPPIST-1? Probablemente la señal más fácil de buscar será la presencia de dióxido de carbono.
P: ¿El CO2 es una firma biológica?
No solo, y no solo de una sola señal. Siempre les digo a mis alumnos: mira a la derecha, mira a la izquierda. Tanto Venus como Marte tienen atmósferas con altos niveles de CO2, pero sin vida. En la atmósfera de la Tierra, los niveles de CO2 se ajustan con nuestras estaciones. En primavera, los niveles disminuyen a medida que las plantas crecen y eliminan el CO2 de la atmósfera. En otoño, las plantas se descomponen y el CO2 aumenta. Entonces, si ves ciclismo estacional, eso podría ser una firma biológica. Pero las observaciones estacionales son muy poco probables con JWST.
En cambio, JWST puede buscar otra posible firma biológica, el gas metano en presencia de CO2. El metano normalmente debería tener una vida útil corta con CO2. Entonces, si detectamos ambos juntos, algo probablemente esté produciendo metano activamente. En la Tierra, la mayor parte del metano en nuestra atmósfera es producido por la vida.
P: ¿Qué pasa con la detección de oxígeno?
El oxígeno por sí solo no es una firma biológica. Depende de sus niveles y de qué más hay en la atmósfera. Podría tener una atmósfera rica en oxígeno por la pérdida de un océano, por ejemplo: la luz divide las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno escapa al espacio y el oxígeno se acumula en la atmósfera.
El JWST probablemente no captará oxígeno directamente de la fotosíntesis oxigenada, la biosfera a la que estamos acostumbrados ahora. El telescopio extremadamente grande y los observatorios relacionados podrían hacerlo, ya que verán una longitud de onda diferente que el JWST, donde tendrán una mejor oportunidad de ver oxígeno. El JWST será mejor para detectar biosferas similares a las que teníamos en la Tierra hace miles de millones de años, y para diferenciar entre diferentes tipos de atmósferas.
P: ¿Cuáles son algunos de los diferentes tipos de atmósferas que pueden poseer los exoplanetas TRAPPIST-1?
La fase de alta luminosidad de la enana M podría conducir a un planeta hacia una atmósfera con un efecto invernadero desbocado, como Venus. Como dije antes, podrías perder un océano y tener una atmósfera rica en oxígeno. Una tercera posibilidad es tener algo más parecido a la Tierra.
P: Hablemos de esa segunda posibilidad. ¿Cómo podría JWST revelar una atmósfera rica en oxígeno si no puede detectar oxígeno directamente?
La belleza del JWST es que puede detectar procesos que ocurren en la atmósfera de un exoplaneta. Recogerá las firmas de colisiones entre las moléculas de oxígeno, lo que ocurrirá con mayor frecuencia en una atmósfera rica en oxígeno. Por lo tanto, es probable que no podamos ver las cantidades de oxígeno asociadas con una biosfera fotosintética. Pero si se dejó una cantidad mucho mayor de oxígeno por la pérdida del océano, probablemente podamos ver las colisiones de oxígeno en el espectro, y eso es probablemente una señal de que el exoplaneta ha perdido un océano.
Por lo tanto, es poco probable que JWST nos brinde pruebas concluyentes de las firmas biológicas, pero puede proporcionar algunas sugerencias tentadoras, que requieren un mayor seguimiento y, en el futuro, pensar en nuevas misiones más allá del JWST. La NASA ya está considerando nuevas misiones. ¿Cuáles nos gustaría que fueran sus capacidades?
Eso también me lleva a un punto muy importante: la ciencia de los exoplanetas es masivamente interdisciplinaria. Comprender el entorno de estos mundos requiere considerar la órbita, la composición, la historia y la estrella anfitriona, y requiere el aporte de astrónomos, geólogos, científicos atmosféricos, científicos estelares. Realmente se necesita un pueblo para entender un planeta.
La magia del espacio-tiempo conducirá a civilizaciones divinas
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Crédito de imagen: ESO Chile
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"Es al menos concebible que la tecnología notablemente avanzada del futuro pueda permitir respuestas positivas: que nuestros descendientes tendrán la capacidad divina de recrearnos en el futuro, dándonos una perspectiva inesperada de inmortalidad", dice el futurista David Wood, quien cree que la evolución de la inteligencia activada por la tecnología en las máquinas nos ha llevado a las puertas de la singularidad.
Una concepción futurista radical del desarrollo futuro de la humanidad puede darnos el optimismo positivo y el "estado de ánimo extenuante" para superar nuestros problemas actuales y embarcarnos en nuestro viaje cósmico, observa Prisco.
Las ideas de Prisco fueron desarrolladas por primera vez a fines del siglo XIX por el cosmismo ruso, la filosofía científica de Konstantin Tsiolkovsky y Nikolai Fedorov, quienes consideraron la ciencia como una herramienta que Dios nos dio para permitirnos resucitar a los muertos y, según lo prometido, disfrutar de la vida inmortal.
La magia futura permitirá alcanzar, por medios científicos, la mayoría de las promesas de las religiones, y muchas cosas asombrosas con las que nunca soñó ninguna religión humana. Los futuros seres semejantes a Dios podrían resucitar a los muertos "copiándolos al futuro".
https://dailygalaxy.com/2020/02/spacetime-magic-will-lead-to-god-like-civilizations/?fbclid=IwAR2EB_0Ppg4kUw7I0LJu8PI6Gx3bXPcBq7YnUUbwjlZnXDaJ_hqwx-Dkv8g
Detectado exoplaneta habitable de dos veces el tamaño de la Tierra
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| Crédito: ESO |
Durante la mayor parte de la historia humana, la cuestión de si existe o no vida extraterrestre ha sido filosófica. Solo en los últimos años hemos tenido las herramientas de modelado científico y la tecnología de observación para abordar esta pregunta. Un equipo de astrónomos de la Universidad de Cambridge descubrió que un exoplaneta de más del doble del tamaño de la Tierra es potencialmente habitable, abriendo la búsqueda de vida a planetas significativamente más grandes que la Tierra pero más pequeños que Neptuno. Utilizando la masa, el radio y los datos atmosféricos del exoplaneta K2-18b, determinaron que es posible que el planeta aloje agua líquida en condiciones habitables debajo de su atmósfera rica en hidrógeno.
El exoplaneta K2-18b, a 124 años luz de distancia, tiene 2.6 veces el radio y 8.6 veces la masa de la Tierra, y orbita su estrella dentro de la zona habitable, donde las temperaturas podrían permitir la existencia de agua líquida. El planeta fue objeto de una importante cobertura mediática en el otoño de 2019, ya que dos equipos diferentes informaron la detección de vapor de agua en su atmósfera rica en hidrógeno. Sin embargo, la extensión de la atmósfera y las condiciones del interior debajo seguían siendo desconocidas.
"Se ha detectado vapor de agua en las atmósferas de una serie de exoplanetas, pero, incluso si el planeta está en la zona habitable, eso no significa necesariamente que haya condiciones habitables en la superficie", dijo el Dr. Nikku Madhusudhan del Instituto de Cambridge de Cambridge. Astronomía, quien dirigió la nueva investigación. "Para establecer las perspectivas de habitabilidad, es importante obtener una comprensión unificada de las condiciones interiores y atmosféricas en el planeta, en particular, si el agua líquida puede existir debajo de la atmósfera".
Dado el gran tamaño de K2-18b, se ha sugerido que sería más como una versión más pequeña de Neptuno que una versión más grande de la Tierra. Se espera que un "mini-Neptuno" tenga una "envoltura" de hidrógeno significativa que rodea una capa de agua a alta presión, con un núcleo interno de roca y hierro. Si la envoltura de hidrógeno es demasiado gruesa, la temperatura y la presión en la superficie de la capa de agua debajo serían demasiado grandes para soportar la vida.
Ahora, Madhusudhan y su equipo han demostrado que a pesar del tamaño de K2-18b, su envoltura de hidrógeno no es necesariamente demasiado gruesa y la capa de agua podría tener las condiciones adecuadas para soportar la vida. Utilizaron las observaciones existentes de la atmósfera, así como la masa y el radio, para determinar la composición y la estructura de la atmósfera y el interior utilizando modelos numéricos detallados y métodos estadísticos para explicar los datos.
Los investigadores confirmaron que la atmósfera es rica en hidrógeno con una cantidad significativa de vapor de agua. También descubrieron que los niveles de otras sustancias químicas como el metano y el amoníaco eran más bajos de lo esperado para dicha atmósfera. Queda por ver si estos niveles pueden atribuirse a procesos biológicos.
Luego, el equipo utilizó las propiedades atmosféricas como condiciones de contorno para los modelos del interior planetario. Exploraron una amplia gama de modelos que podrían explicar las propiedades atmosféricas, así como la masa y el radio del planeta. Esto les permitió obtener el rango de condiciones posibles en el interior, incluida la extensión de la envoltura de hidrógeno y las temperaturas y presiones en la capa de agua.
"Queríamos saber el grosor de la envoltura de hidrógeno, qué tan profundo es el hidrógeno", dijo el coautor Matthew Nixon, Ph.D. estudiante del Instituto de Astronomía. "Si bien esta es una pregunta con múltiples soluciones, hemos demostrado que no se necesita mucho hidrógeno para explicar todas las observaciones juntas".
Los investigadores encontraron que la extensión máxima de la envoltura de hidrógeno permitida por los datos es alrededor del 6% de la masa del planeta, aunque la mayoría de las soluciones requieren mucho menos. La cantidad mínima de hidrógeno es aproximadamente una millonésima en masa, similar a la fracción de masa de la atmósfera de la Tierra. En particular, una serie de escenarios permiten un mundo oceánico, con agua líquida debajo de la atmósfera a presiones y temperaturas similares a las que se encuentran en los océanos de la Tierra.
Este estudio abre la búsqueda de condiciones habitables y biofirmas fuera del sistema solar a exoplanetas que son significativamente más grandes que la Tierra, más allá de los exoplanetas similares a la Tierra. Además, los planetas como K2-18b son más accesibles para las observaciones atmosféricas con instalaciones de observación actuales y futuras. Las restricciones atmosféricas obtenidas en este estudio se pueden refinar utilizando observaciones futuras con grandes instalaciones como el próximo telescopio espacial James Webb.
https://dailygalaxy.com/2020/02/big-life-habitable-exoplanet-twice-size-of-earth-detected/?fbclid=IwAR02baW9rpmKKBtIjpMynT83jhisAtY4I1shy7mfTbLxpus3mBBlGb9pnjI
El Universo más allá: aumenta enormemente las posibilidades de vida
por Andy Johnson
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Imagen: la nueva versión de la imagen profunda del Hubble se muestra arriba. En gris oscuro puedes ver la nueva luz que se ha encontrado alrededor de las galaxias en este campo. Esa luz corresponde al brillo de más de cien mil millones de soles. A los investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias les llevó casi tres años producir esta imagen más profunda del Universo jamás tomada del espacio, al recuperar una gran cantidad de luz "perdida" alrededor de las galaxias más grandes en el icónico Campo Ultra Profundo Hubble.
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"Como muchos en este campo de investigación, estoy motivado por la curiosidad y las grandes preguntas", dijo Totani. “La combinación de mi investigación reciente sobre la química del ARN con mi larga historia de cosmología me lleva a darme cuenta de que hay una forma plausible de que el universo haya pasado de un estado abiótico (sin vida) a uno biótico. Es un pensamiento emocionante y espero que la investigación pueda basarse en esto para descubrir los orígenes de la vida."
Si hay una cosa en el universo que es segura, es que la vida existe. Debe haber comenzado en algún momento, en algún lugar. Pero a pesar de todo lo que sabemos de la biología y la física, los detalles exactos sobre cómo y cuándo comenzó la vida, y también si comenzó en otro lugar, son en gran medida especulativos. Esta atractiva omisión de nuestro conocimiento colectivo ha puesto a muchos científicos curiosos en un viaje para descubrir algunos detalles nuevos que podrían arrojar luz sobre la existencia misma.
Debido a que la única vida que conocemos se basa en la Tierra, los estudios sobre los orígenes de la vida se limitan a las condiciones específicas que encontramos aquí. Por lo tanto, la mayoría de las investigaciones en esta área analizan los componentes más básicos comunes a todos los seres vivos conocidos: ácido ribonucleico o ARN. Esta es una molécula mucho más simple y más esencial que el ácido desoxirribonucleico o ADN más famoso, que define cómo nos unimos. Pero el ARN sigue siendo órdenes de magnitud más complejo que los tipos de productos químicos que uno tiende a encontrar flotando en el espacio o pegado a la cara de un planeta sin vida.
El ARN es un polímero, lo que significa que está hecho de cadenas químicas, en este caso conocidas como nucleótidos. Los investigadores en este campo tienen razones para creer que el ARN de no menos de 40 a 100 nucleótidos de largo es necesario para el comportamiento autorreplicante requerido para que la vida exista. Dado el tiempo suficiente, los nucleótidos pueden conectarse espontáneamente para formar ARN dadas las condiciones químicas correctas. Pero las estimaciones actuales sugieren que el número mágico de 40 a 100 nucleótidos no debería haber sido posible en el volumen de espacio que consideramos el universo observable.
El universo observable contiene alrededor de 10 sextillones (10 ^ 22) de estrellas. Estadísticamente hablando, la materia en tal volumen solo debería ser capaz de producir ARN de aproximadamente 20 nucleótidos. Pero se calcula que, gracias a la rápida inflación, el universo puede contener más de 1 googol (10 ^ 100) de estrellas, y si este es el caso, las estructuras de ARN más complejas y que sostienen la vida son más que probables, son prácticamente inevitables.
https://dailygalaxy.com/2020/03/the-universe-beyond-hugely-increases-the-chances-of-life/?fbclid=IwAR1K7nCBTto4n2uUylEsCyLr8VkNRmdzSCQSyPzlgBpY_xUeB7Wer7Cak_U
Modificado por orbitaceromendoza
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