Una labor muy importante ha sido encomendada al Telescopio Espacial James Webb: investigar pequeños exoplanetas potencialmente habitables, utilizando la espectroscopia de transmisión para analizar sus composiciones atmosféricas.

Los exoplanetas son comunes en nuestra galaxia, y algunos incluso orbitan en la llamada zona habitable de su estrella. El Telescopio Espacial James Webb de NASA ha estado observando algunos de estos pequeños planetas potencialmente habitables, y los astrónomos están trabajando duro para analizar los datos del Webb.

¿Qué es un planeta potencialmente habitable?

Un planeta potencialmente habitable se define a menudo como un planeta de tamaño similar a la Tierra que orbita en la “zona habitable” de su estrella, un lugar donde el planeta podría tener una temperatura en la que podría existir agua líquida en su superficie. Actualmente conocemos unos 30 planetas que podrían ser pequeños planetas rocosos como la Tierra y que orbitan en la zona habitable.

Sin embargo, no hay ninguna garantía de que un planeta que orbita en la zona habitable sea realmente habitable (podría albergar vida), y mucho menos habitado (actualmente alberga vida).En el momento de escribir estas líneas, sólo se conoce un planeta habitable y habitado: ¡la Tierra!

La búsqueda del James Webb

Esta infografía compara las características de tres clases de estrellas de nuestra galaxia: las estrellas similares al Sol se clasifican como estrellas G; las estrellas menos masivas y más frías que nuestro Sol son las enanas K; y las estrellas aún más débiles y frías son las rojizas enanas M. El tamaño de la zona habitable es diferente para cada clase de estrella. En nuestro sistema solar, la zona habitable comienza un poco más allá de la órbita de Venus y casi abarca Marte. Crédito de imagen: NASA, ESA and Z. Levy (STScI)

Los mundos potencialmente habitables que Webb está observando son todos exoplanetas en tránsito, lo que significa que sus órbitas están casi de canto, de modo que pasan por delante de sus estrellas anfitrionas. Webb aprovecha esta orientación para realizar espectroscopia de transmisión cuando el planeta pasa por delante de su estrella. Esta orientación permite examinar la luz estelar filtrada a través de las atmósferas de los planetas para conocer su composición química.

Sin embargo, la cantidad de luz estelar bloqueada por la fina atmósfera de un pequeño planeta rocoso es ínfima, normalmente mucho menor del 0.02%.

Detectar una atmósfera alrededor de estos pequeños mundos es todo un reto. Identificar la presencia de vapor de agua, que puede reforzar la posibilidad de habitabilidad, es aún más difícil. La búsqueda de biofirmas (gases producidos biológicamente) es extraordinariamente difícil, pero también una tarea apasionante.

Actualmente sólo hay un puñado de mundos pequeños potencialmente habitables que se consideran accesibles a la caracterización atmosférica con Webb, entre los que se incluyen los planetas LHS 1140 b y TRAPPIST-1 e.

El trabajo señala que se necesitarían aproximadamente 10-50 tránsitos del planeta alrededor de su estrella anfitriona, equivalentes a 40-200 horas de tiempo de observación con Webb, para intentar detectar posibles bioseñales, como amoníaco, fosfina, clorometano y óxido nitroso, en el mejor de los casos de una atmósfera clara y sin nubes.

Planetas hioceánicos

Una posible vía para la búsqueda de bioseñales es el estudio de los planetas hioceánicos, que son una clase teórica de planetas del tamaño de una supertierra con una atmósfera relativamente fina rica en hidrógeno y un importante océano de agua líquida. La supertierra K2-18b es un candidato a planeta hioceánico potencialmente habitable según los datos actuales de Webb y otros observatorios.

Trabajos publicados recientemente informaron la detección de metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18 b, pero no agua. Esto significa que la sugerencia de que K2-18 b es un mundo hioceánico con un océano de agua líquida sigue basándose en modelos teóricos, sin pruebas observacionales directas todavía.

Los autores del trabajo también insinuaron la posible presencia de la biofirma potencial dimetil sulfuro en la atmósfera de K2-18b, pero la señal potencial de dimetil sulfuro es demasiado débil para una detección concluyente en los datos actuales.

El concepto y el estudio de la clase de planetas hioceánicos es muy nuevo, de modo que aún se están explorando interpretaciones alternativas al escenario de océanos de agua líquida (y, por tanto, al potencial de un entorno habitable). Las próximas observaciones Webb con los instrumentos NIRSpec y MIRI deberían arrojar más luz sobre la naturaleza del posible planeta hioceánico K2-18 b y sobre la posible presencia de sulfuro de dimetilo en su atmósfera.

El telescopio espacial James Webb ayudará a los astrónomos a responder preguntas fundamentales sobre los planetas más allá de nuestro sistema solar (ilustrado), como de qué están hechos y cómo se forman. Crédito de imagen: JPL-CALTECH / NASA, R. HURT / SSC-CALTECH

¿Cuál es el futuro del estudio de los exoplanetas?

La detección de bioseñales en las atmósferas de pequeños planetas en tránsito potencialmente habitables que orbitan alrededor de estrellas frías es una tarea extremadamente difícil, que suele requerir condiciones ideales (por ejemplo, atmósferas sin nubes) o suponer entornos de la Tierra primitiva (es decir, diferentes de la Tierra moderna tal y como la conocemos), la detección de señales significativamente inferiores a 200 partes por millón, una estrella en buen estado sin vapor de agua significativo en las manchas estelares, y una cantidad significativa de tiempo de telescopio para alcanzar una relación señal-ruido suficiente».

También es importante tener en cuenta que la detección de una única bioseñal por cualquier medio no constituye el descubrimiento de vida. El descubrimiento de vida en un exoplaneta probablemente requerirá un gran conjunto de bioseñales detectadas sin ambigüedades, datos de múltiples misiones y observatorios, y amplios esfuerzos de modelado atmosférico, un proceso que probablemente lleve años.

El poder de Webb reside en su sensibilidad para detectar y empezar a caracterizar las atmósferas de un puñado de los planetas potencialmente habitables más prometedores en órbita alrededor de estrellas frías.

En particular, Webb es capaz de detectar una serie de moléculas importantes para la vida, como el vapor de agua, el metano y el dióxido de carbono. El objetivo es aprender todo lo que podamos sobre los mundos potencialmente habitables, incluso si no podemos identificar definitivamente las señales de habitabilidad con Webb.

[FT: astrobiology.com]

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Crédito imagen de portada: depositphotos.com