Cuando el telescopio espacial James Webb apunta a las atmósferas de los exoplanetas, utiliza la espectroscopia para identificar los elementos químicos.Una de las cosas que busca es el metano, un compuesto que podría indicar la existencia de vida.
El metano es una bioseñal poderosa.Encontrar grandes cantidades de metano en la atmósfera de un exoplaneta puede ser la señal más confiable de que la vida está funcionando allí.Hay fuentes biológicas de metano, pero la mayor parte del metano proviene de la vida.
Sin embargo, comprender el metano como un biomarcador potencial requiere comprenderlo en el contexto de un planeta.Una nueva carta de investigación tiene como objetivo hacer precisamente eso.
El metano es interesante porque no dura mucho en la atmósfera.Una reacción fotoquímica lo destruye, por lo que detectar mucho significa que algo lo está reponiendo constantemente.Debe tener una fuente grande y conspicua.“Los planetas terrestres, el foco de este estudio, requieren flujos superficiales significativos de metano para mantener altas concentraciones atmosféricas”, dice el estudio.”La vida en la Tierra mantiene un gran flujo de metano en la superficie, por lo que el metano se ha considerado durante mucho tiempo un gas de bioseñal potencial para los exoplanetas”.
Sin embargo, no todas las detecciones de metano significan vida.Los científicos necesitan una forma de trabajar con la futura detección de metano en atmósferas de exoplanetas.Los investigadores dicen “… Queríamos hacer una evaluación específica de las condiciones planetarias necesarias para que el metano sea un buen biomarcador”.
“Queríamos proporcionar un marco para interpretar las observaciones. Entonces, si observa un planeta rocoso con metano, puede ver qué otras observaciones se necesitan para convertirlo en una biofirma convincente”.
Maggie Thompson, autora principal, UC Santa Cruz.
La nueva carta de estudio se titula “El caso y contexto del metano atmosférico como biocaracterística de los exoplanetas.” disponible en línea en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). La autora principal es Maggie Thompson, estudiante de posgrado en Astronomía y Astrofísica en UC Santa Cruz.
Parte de la fase del metano como biomarcador fiable es su detectabilidad.El oxígeno es un buen biomarcador, al igual que el metano, por varias razones.Al igual que el metano, es inestable en la atmósfera, por lo que encontrar grandes cantidades significa que las fuentes importantes lo compensan.
El telescopio espacial James Webb estará operativo pronto, y una de sus misiones es examinar espectroscópicamente las atmósferas de los exoplanetas.Caracterizará las atmósferas de los exoplanetas, y la detección de signos vitales es parte de esa tarea.Sin embargo, Webb detecta metano con relativa facilidad en la atmósfera terrestre, mientras que el oxígeno es más difícil de detectar.“Dado que la posibilidad de observar metano con JWST es inminente, es esencial determinar las condiciones planetarias para las cuales el metano es una bioseñal poderosa”, escriben los autores.
Esta carta de investigación coloca a los científicos en una posición más sólida para interpretar la presencia de metano en las atmósferas de los exoplanetas.La idea es identificar otras preguntas que los investigadores deberían hacer al detectar metano.¿Qué otras indicaciones apoyan la conclusión de que el metano es un biomarcador?¿Qué lo refutará?
El autor principal, Thompson, dijo en un comunicado de prensa: “Queríamos proporcionar un marco para interpretar nuestras observaciones. Entonces, si observa un planeta rocoso con metano, puede ver qué otras observaciones se necesitan para convertirlo en una bioseñal convincente”.
El equipo analizó las fuentes abióticas de metano para comprender cómo podría explicar el metano en las atmósferas de los exoplanetas.Los volcanes son una de las fuentes biológicas de metano.El metano también surge de reacciones en lugares como las dorsales oceánicas, los respiraderos hidrotermales y las zonas de subducción tectónica.Las colisiones de cometas y asteroides también pueden producir metano.Los investigadores pueden encontrar evidencia de estas fuentes en exoplanetas que detectan metano.
En la atmósfera del planeta, el metano existe en asociación con otros gases.Por lo tanto, identificar las fuentes abióticas de metano es solo una parte del panorama.¿Cómo encajan otros gases como el monóxido de carbono y el dióxido de carbono en una atmósfera rica en metano?¿Cómo se afectan entre sí?
“El metano es una pieza del rompecabezas, pero determinar si un planeta tiene vida requiere considerar la geoquímica, cómo interactúa con las estrellas y los muchos procesos que pueden afectar la atmósfera de un planeta en una escala de tiempo geológico”.
Maggie Thompson, autora principal, UC Santa Cruz.
De la carta de estudio:
“El metano puede ser producido por una variedad de mecanismos abióticos, como la desgasificación, perotortuosoArgumentamos que, a diferencia de la biosfera similar a la Tierra, los procesos bióticos conocidos no pueden producir fácilmente una atmósfera rica en CH4 y CO2 con CO limitado”. El autor explica en el artículo.
La historia de la Tierra proporciona algunas pistas sobre el metano en las atmósferas de los exoplanetas.Sabemos que en el pasado, la Tierra tenía una atmósfera mucho más rica en metano que ahora.Y sabemos cuál es la fuente. Así es la vida.
El coautor Joshua Krissansen-Totton, Sagan Fellow en UCSC, dijo: “Si ha detectado grandes cantidades de metano en planetas rocosos, generalmente necesitará una fuente masiva para explicar esto”.”Sabemos que la actividad biológica produce una gran cantidad de metano en la Tierra, y probablemente lo hizo en la Tierra primitiva, ya que es algo bastante fácil de hacer metabólicamente”.
llamados microorganismos metanogénicosmetanógenosEs uno de los primeros seres vivos de la Tierra, creado hace entre 4.110 millones y 3.780 millones de años.Son tan efectivos para producir metano que la Tierra primitiva lo hizo una y otra vez.Atmósfera nublada y llena de metanoEs similar a la luna Titán de Saturno.Quizás encontremos exoplanetas con atmósferas ricas en metano similares a las de los primeros días de la Tierra.Cuando eso sucede, es difícil determinar si la fuente es un ser vivo, ya que es más probable que lo detectemos desde la distancia.
Sin embargo, detectar fuentes abióticas de metano es potencialmente mucho más simple.Los volcanes, por ejemplo, brindan otras pistas de que el metano proviene de objetos inanimados.Los volcanes no solo inyectan metano a la atmósfera, sino también monóxido de carbono.La actividad biológica, por otro lado, tiene el potencial de consumir monóxido de carbono.Los investigadores han descubierto que los procesos abióticos no pueden producir fácilmente una atmósfera planetaria habitable rica en metano y dióxido de carbono y poco o nada de monóxido de carbono.
“Una molécula no te da la respuesta”, dijo Thompson. Tienes que considerar toda la situación en el planeta”, dijo.“El metano es una pieza del rompecabezas, pero para determinar si hay vida en un planeta, debemos considerar los muchos procesos y la geoquímica que pueden afectar la atmósfera de un planeta en una escala de tiempo geológico y cómo interactúa con las estrellas. .”
Los autores señalan que la detección de metano en las atmósferas de exoplanetas es solo el comienzo.Descubrieron que detectar metano cuando la atmósfera contiene dióxido de carbono es un fuerte indicador de vida en un planeta rocoso que orbita alrededor de una estrella similar al Sol.Si el metano es más abundante que el dióxido de carbono, también es un indicador más fuerte de vida a menos que el planeta sea demasiado rico en agua.
El telescopio espacial James Webb es muy poderoso.Pero incluso el tan esperado Webb está libre de errores en sus herramientas o métodos de observación.Los falsos positivos son una cuestión de esfuerzos científicos, como la detección de características biométricas.Los investigadores analizaron el papel de los falsos positivos en las firmas biológicas y proporcionaron algunas pautas para manejar la detección de metano.
“La atmósfera del exoplaneta rocoso probablemente nos sorprenda y debemos tener cuidado con nuestra interpretación”.
El coautor de la UCSC, Joshua Krissansen-Totton.
“Hay dos cosas que pueden salir mal”, dijo Krissansen-Totton. Podría malinterpretar algo como una bioseñal y obtener un falso positivo o pasar por alto la bioseñal real”.“Con este documento, queríamos desarrollar un marco para ayudar a evitar todos los posibles errores relacionados con el metano”.
“A medida que los próximos avances tecnológicos en la observación de exoplanetas permitan la caracterización de exoplanetas potencialmente habitables, es importante considerar posibles gases de biofirma y fuentes de detección de falsos positivos”, dice la carta de estudio.“Esto es especialmente urgente para el metano, ya que el metano biológico se puede detectar en algunos exoplanetas terrestres utilizando JWST”.
Los investigadores reconocen que una variedad de fuentes abióticas pueden reponer el metano atmosférico en una variedad de ambientes planetarios.Sin embargo, para que un planeta produzca un flujo de metano comparable al de la Tierra, la misma fuente abiótica también generaría “pistas contextuales observables” que indican falsos positivos.“En todos los casos, los procesos biológicos no pueden producir fácilmente una atmósfera rica en CH4 y CO2 con CO insignificante… “La vida consumirá fácilmente CO.
“Obviamente, la detección de metano en las atmósferas de los exoplanetas por sí sola no es evidencia suficiente de la existencia de vida dados los diversos mecanismos de metanogénesis abiótica.En cambio, debemos considerar todo el contexto planetario y astrofísico para interpretar el metano atmosférico”.
Encontrar biomarcadores en atmósferas de exoplanetas es una tarea científica relativamente nueva.Los investigadores necesitan hacer mucho trabajo preliminar antes de que puedan estar seguros de detectar sustancias como el metano.La reciente detección de metano en Marte, con o sin detección, muestra cuán incompleta es nuestra comprensión de otros planetas y cómo la detección de metano puede ser el punto de partida para una imagen completa del planeta.
“Este estudio se centra en los falsos positivos más obvios para el metano como firma biológica”, dijo Krissansen-Totton.“Las atmósferas rocosas de los exoplanetas probablemente nos sorprendan y requieran una interpretación cuidadosa.La investigación futura debería esforzarse por predecir y cuantificar mecanismos más específicos para la producción de metano abiótico”.
“Con estos resultados, proporcionamos un marco ad hoc para evaluar las biocaracterísticas del metano”, escriben los autores.”Si la vida es abundante en el universo, entonces, en el contexto del planeta correcto, el metano atmosférico podría ser el primer indicador detectable de vida más allá de la Tierra”.