¿Cómo descubrió James Webb posibles indicios de vida en el exoplaneta K2-18b?

Para buscar vida fuera de la Tierra, la forma más prometedora es estudiar las atmósferas de exoplanetas distantes. La idea es identificar los componentes de la atmósfera y poder asociarlos con los procesos biológicos o geológicos que forman estos componentes. También son importantes algunos componentes que no son exclusivamente biológicos, como el vapor de agua, el metano, el oxígeno y el dióxido de carbono.

Por lo tanto, una de las misiones del Telescopio James Webb (JWST) fue analizar las atmósferas de los exoplanetas. Fue construido con herramientas que ayudan a analizar la atmósfera de un planeta utilizando el método de tránsito planetario. Este método se produce cuando el planeta pasa por delante de la estrella que orbita y parte de la luz es interrumpida por la sombra del planeta. Utilizando técnicas de espectroscopia, el JWST puede identificar componentes de la atmósfera de ese exoplaneta.

Este enfoque ganó mucha atención después del anuncio de la detección de sulfuro de dimetilo (DMS) y disulfuro de dimetilo (DMDS) en la atmósfera del exoplaneta K2-18b. La noticia se conoció como la “mayor evidencia de vida fuera de la Tierra” porque estas moléculas, en la Tierra, son producidas por organismos vivos, especialmente el fitoplancton marino. La presencia de estos gases en K2-18b, junto con descubrimientos anteriores, hacen del exoplaneta un candidato ideal para encontrar vida fuera de la Tierra.

K2-18 b

En estos días, un estudio dirigido por astrónomos de la Universidad de Cambridge anunció la observación de posibles biofirmas en la atmósfera del exoplaneta K2-18b. El exoplaneta se encuentra a 124 años luz de la Tierra y tiene aproximadamente el doble del tamaño de nuestra Tierra. Utilizando datos del JWST, se identificó evidencia de sulfuro de dimetilo (DMS) y disulfuro de dimetilo (DMDS), compuestos que, en la Tierra, son producidos exclusivamente por algas.

Además, K2-18 b está en la zona habitable de su estrella, una pequeña enana roja. Sin embargo, la presencia de estos gases, además del dióxido de carbono y el metano, refuerza la hipótesis de actividad biológica en el planeta. Las observaciones alcanzaron un nivel de confianza del 99,7 %, pero no cumplieron el umbral de 5σ requerido para la confirmación definitiva. Todavía es demasiado pronto para confirmar que hay vida en el exoplaneta, pero se convierte en un gran candidato con estos descubrimientos.

Tránsito planetario

El tránsito planetario es un fenómeno que ocurre cuando un exoplaneta pasa por delante de su estrella, desde el punto de vista del observador aquí en la Tierra. Durante este evento, parte de la luz de las estrellas pasa a través de la atmósfera del planeta, lo que permite a los telescopios analizar los cambios en esa luz. El JWST está diseñado para observar estos tránsitos infrarrojos tanto en longitudes de onda del infrarrojo cercano como del infrarrojo medio.

Al observar los tránsitos infrarrojos, el JWST puede detectar pequeñas variaciones en la absorción de la luz de las estrellas causadas por moléculas y átomos presentes en la atmósfera del exoplaneta. La idea es comparar la luz antes de pasar por la atmósfera con la luz que llega cuando pasa por la atmósfera del exoplaneta. Al comparar, es posible saber qué hay presente en la atmósfera de ese exoplaneta.

Espectroscopia

La técnica que permite realizar este estudio se llama espectroscopia, que permite descomponer la luz en sus diferentes longitudes de onda. La espectroscopia devuelve un espectro, es decir, la cantidad de luz emitida en cada longitud de onda. Esta técnica es importante en casi todas las áreas de la Astronomía para estudiar tanto los componentes como los fenómenos astronómicos. En espectroscopia se estudian tanto los picos de emisión como los de absorción.

En el caso del exoplaneta K2-18b, la espectroscopia infrarroja fue ideal para detectar la presencia de gases. En 2023, el infrarrojo cercano permitió detectar metano y dióxido de carbono. Sin embargo, los gases DMS y DMDS sólo se han encontrado utilizando el infrarrojo medio, que es una longitud de onda ligeramente más larga que el infrarrojo cercano. Esto sucede porque cada molécula tiene una banda de absorción.

¿Cómo sabes qué elementos hay en la atmósfera?

La longitud de onda de la luz que será absorbida depende de la molécula o átomo que se esté estudiando. Dependiendo de cuántos átomos o moléculas estén presentes, aparecerán diferentes líneas de absorción al observar el espectro y compararlo con el espectro sin atmósfera planetaria. Este proceso funciona porque los electrones en los átomos y las moléculas sólo absorben fotones con energías específicas.

La longitud de onda que se absorberá corresponde a la energía requerida para las transiciones entre niveles de energía cuantificados. Cuando un fotón con la misma energía encuentra una molécula, es absorbido y el electrón asciende a un nivel superior. En el espectro, esto aparece como una línea oscura que se llama línea de absorción. Cada sustancia tiene un conjunto único de estas líneas, que sirve como firma química de los átomos y las moléculas.