Durante el año 1960, mientras se preparaba la primera reunión sobre la Search for Extraterrestrial Intelligence (SETI), el Dr. Frank Drake, legendario astrónomo y pionero de SETI, desveló su ecuación probabilística para estimar el número de posibles civilizaciones en nuestra galaxia: la ecuación de Drake.

Un parámetro clave en esta ecuación era ne, el número de planetas en nuestra galaxia capaces de albergar vida – aka. “habitable”. En aquella época, los astrónomos aún no estaban seguros de que otras estrellas tuvieran sistemas de planetas. Pero gracias a misiones como Kepler, se han confirmado 5.523 exoplanetas, ¡y otros 9.867 esperan confirmación!

A partir de estos datos, los astrónomos han elaborado diversas estimaciones sobre el número de planetas habitables en nuestra galaxia: ¡al menos 100.000 millones, según una estimación!

En un estudio reciente, el profesor Piero Madau introdujo un marco matemático para calcular la población de planetas habitables en un radio de 100 parsecs (326 años luz) de nuestro Sol.

Piero Madau. Crédito de imagen: UC Santa Cruz

Suponiendo que la Tierra y el Sistema Solar sean representativos de la norma, Madau calculó que este volumen de espacio podría contener hasta 11.000 exoplanetas terrestres (también conocidos como rocosos) del tamaño de la Tierra que orbitan dentro de las zonas habitables (ZH) de sus estrellas.

El profesor Madau es catedrático de astronomía y astrofísica en la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC). El Principio de Copérnico, que toma su nombre del famoso astrónomo polaco Nicolaus Copernicus, inventor del modelo heliocéntrico, es fundamental para su estudio.

También conocido como Principio Cosmológico (o Principio de Mediocridad), el principio afirma que ni los humanos ni la Tierra están en una posición privilegiada para observar el Universo. En resumen, lo que vemos cuando observamos el Sistema Solar y el cosmos es representativo del conjunto.

Para su estudio, Madau consideró cómo los factores dependientes del tiempo han desempeñado un papel vital en la aparición de la vida en nuestro Universo.

Esto incluye la historia de la formación estelar de nuestra galaxia, el enriquecimiento del medio interestelar (ISM) con elementos pesados (forjados en el interior de la primera población de estrellas), la formación de planetas y la distribución de agua y moléculas orgánicas entre los planetas.

Como explicó Madau, en la Ecuación de Drake no se destaca explícitamente el papel central del tiempo y la edad:

“La ecuación de Drake es un útil resumen pedagógico de los factores (probabilidades) que pueden afectar a la probabilidad de detectar mundos con vida -y, eventualmente, civilizaciones extraterrestres tecnológicamente avanzadas- a nuestro alrededor.

Pero esa probabilidad y esos factores dependen, entre otras cantidades, de la historia de formación estelar y enriquecimiento químico del disco galáctico local, así como de la cronología de la aparición de vida microbiana simple y, eventualmente, compleja.”

La Tierra es relativamente nueva en nuestra galaxia, ya que se formó con nuestro Sol hace unos 4.500 millones de años (lo que supone menos del 33% de la edad del Universo). La vida, por su parte, tardó unos 500 millones de años en surgir de las condiciones primordiales que existían en la Tierra hace unos 4.000 millones de años.

Unos 500 millones de años después apareció la fotosíntesis en forma de organismos unicelulares que metabolizaban el dióxido de carbono y producían oxígeno como subproducto.

Esto alteró gradualmente la composición química de nuestra atmósfera, desencadenando el Gran Evento de Oxidación hace unos 2.400 millones de años y la aparición final de formas de vida complejas.

Siguió un largo y complejo proceso de evolución química y biológica que acabó creando las condiciones adecuadas para la vida compleja y la aparición de todas las especies conocidas.

Dada la importancia de estas etapas dependientes del tiempo, Madau sostiene que la ecuación de Drake es sólo una parte de la historia. Mirando más allá, creó un marco matemático para estimar cuándo se formaron los “planetas terrestres templados” (TTP, por sus siglas en inglés) en nuestro rincón de la galaxia y pudo surgir la vida microbiana.

La Ecuación de Drake, una fórmula matemática para la probabilidad de encontrar vida o civilizaciones avanzadas en el Universo. Crédito de imagen: University of Rochester

Este marco permite a los astrónomos determinar qué estrellas objetivo potenciales (en función de su masa, edad y metalicidad) pueden ser candidatas óptimas en la búsqueda de biofirmas atmosféricas.

Tal y como lo describió Madau, su enfoque consiste en considerar la población local de estrellas longevas, exoplanetas y TTPs como una serie de ecuaciones matemáticas, que pueden resolverse numéricamente en función del tiempo:

“Estas ecuaciones describen las tasas cambiantes de formación de estrellas, planetas metálicos, gigantes y rocosos, y de mundos habitables a lo largo de la historia de la vecindad solar, el lugar donde se justifican cálculos más detallados por una avalancha de nuevos datos procedentes de instalaciones espaciales y terrestres y el objetivo de los sondeos estelares y planetarios actuales y de próxima generación.

Las ecuaciones son de naturaleza estadística, es decir, no describen el nacimiento y la evolución de sistemas planetarios individuales, sino más bien la población cambiante (en el tiempo) (en número) de TTPs en un radio de 100 parsecs del Sol”.

En última instancia, el análisis de Madau demostró que en un radio de 100 parsecs del Sol puede haber hasta 10.000 planetas rocosos orbitando con las HZ de su estrella.

También descubrió que la formación de TTPs cerca de nuestro Sistema Solar fue probablemente episódica, comenzando con un estallido de formación estelar hace aproximadamente 10.000-11.000 millones de años, seguido de otro evento que alcanzó su punto máximo hace unos 5.000 millones de años y que produjo el Sistema Solar.

Otra interesante conclusión del marco matemático de Madau es que la mayoría de los TTP en un radio de 100 pársecs son probablemente más antiguos que el Sistema Solar, lo que confirma que llegamos relativamente tarde a la fiesta.

Igualmente interesantes son las implicaciones que este estudio podría tener en la búsqueda de vida extraterrestre.

Representación artística de un exoplaneta rocoso. Crédito de imagen: NASA

Utilizando la cronología generalmente aceptada de la aparición de la vida en la Tierra (abiogénesis) y aplicando una estimación conservadora de la prevalencia de la vida en otros planetas -el parámetro fl de la ecuación de Drake-, el marco de Madau también indicó a qué distancia podría estar el exoplaneta más cercano que alberga vida:

“Así pues, si la vida microbiana surgió tan pronto como en la Tierra en más del 1% de los TTP (y es un gran ‘si’), cabe esperar que el planeta similar a la Tierra más cercano que albergue vida se encuentre a menos de 20 pc de distancia [65 años luz].

Esto puede ser motivo de un cauto optimismo en la búsqueda de marcadores de habitabilidad y bioseñales por parte de la próxima generación de grandes instalaciones e instrumentación terrestres. Ni que decir tiene que las bioseñales van a ser extremadamente difíciles de detectar. Y también es posible que la vida sea tan rara que no haya bioseñales en un kpc o más que podamos detectar”.

Por supuesto, no hay garantías de que ningún TTP cercano a nuestro Sistema Solar pueda albergar vida. Las causas y lo común de la abiogénesis es una de las búsquedas científicas menos comprendidas, principalmente porque carece de datos.

Con un solo ejemplo (la Tierra y los organismos terrestres), los científicos no pueden afirmar con seguridad qué combinación de condiciones es necesaria para que surja la vida. Madau subraya también que, al igual que la ecuación de Drake, su planteamiento es de naturaleza estadística. No obstante, su trabajo podría tener importantes implicaciones para la astrobiología en un futuro próximo.

Utilizando nuestro Sistema Solar como guía, junto con muchos otros parámetros sobre los que existen volúmenes de datos (por ejemplo, formación estelar, masa, tamaño, metalicidad y número de exoplanetas cercanos que orbitan dentro de la HZ de una estrella), los científicos podrán priorizar los sistemas estelares para su investigación utilizando telescopios de nueva generación.

Según Madau:

“El rendimiento y la caracterización de los planetas similares a la Tierra será uno de los principales parámetros científicos de las futuras misiones espaciales emblemáticas. Ante la inminente oportunidad de buscar entornos habitables y vida en los exoplanetas, surge el verdadero reto de diseñar una estrategia de observación óptima.

Los estudios espectrales detallados de unas pocas atmósferas de exoplanetas deben ir acompañados de estudios poblacionales diseñados para revelar tendencias en las propiedades de los planetas y estudios estadísticos que nos permitan evaluar la probabilidad de detectabilidad de bioseñales.”

Los hallazgos de la investigación han sido publicados en la revista de pre-impresión arXiv.

[H/T: UT]

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com