Sobre los espectros de supertierras

Un estudio revela cómo se podría poner de manifiesto la presencia de algunos biomarcadores en los espectros de supertierras en tránsito.

Vivimos tiempos interesantes, tiempos de descubrimientos. Quizás no estamos descubriendo América o Australia, pero sí otros mundos, aunque nunca podamos viajar a ellos.
El telescopio Kepler ha descubierto recientemente cientos de posibles exoplanetas alrededor de otras estrellas. Mundos que al pasar por el disco estelar reducen la luz que recibimos de su estrella lo suficiente como para que notemos su existencia.
Kepler sólo puede tomar unos pocos datos que nos permiten calcular su tamaño y parámetros orbitales. No nos dice nada sobre la composición de sus atmósferas, algo que nos daría pistas sobre la posible vida en esos mundos. Sin embargo, uno espera que si un planeta pasa por delante de su estrella el espectro que podamos tomar sea distinto al de la estrella cuando esto no sucede. La atmósfera planetaria absorberá ciertas longitudes de onda dependiendo de los gases que la compongan.
Cuando se lance el telescopio Webb quizás se pueda realizar este tipo de espectrometría y saber la composición atmosférica de estos exoplanetas. Además de la importancia científica de los datos obtenidos puede que haya algún caso en el que se encuentren indicadores de la presencia de vida o de condiciones para la vida, aunque la probabilidad de que esto suceda sea muy baja.
¿Cómo podrían ser estos indicadores? Básicamente serían combinaciones de gases que nos dijeran que hay un desequilibrio químico, por ejemplo, la presencia simultánea de metano y oxígeno. O también la presencia N₂O, que en la Tierra es producido por bacterias descomponedoras. La presencia de vapor de agua indicaría la existencia de mares. Hay varios biomarcadores de este tipo.
Pero antes de que llegue ese día necesitamos prepararnos para lo que haya que observar. Ahora un grupo de investigadores europeos ha publicado un artículo en el que estudia los posibles espectros atmosféricos que se podrían medir en supertierras en tránsito. Además lo han hecho en función de varios parámetros, como el tipo de estrella o la gravedad superficial del exoplaneta.
Se han centrado en la parte infrarroja del espectro y en planetas con una gravedad comprendida entre 1g y 3g (de 1 a 2 radios terrestres). En sus modelos dispusieron los planetas a una distancia en la que recibiría la misma energía solar que la Tierra.
Los resultados sugieren que la presencia de determinados gases como H₂O, CH₄, O₃, N₂O y HNO₃ tendría un profundo efecto sobre los espectros. Además han descubierto que los efectos de la estructura atmosférica o de la fuerza de gravedad son débiles comparados con el efecto en las variaciones en los espectros base de las estrellas.
Otro parámetro que sí tiene influencia en los espectros sería la temperatura del exoplaneta, algo que también dependería del tipo de estrella considerado, incluso dentro del mismo tipo espectral M. En el peor de los casos habría falsos negativos.

Comparativa de los espectros de transmisión atmosféricos (de 2 a 20 micras) de un planeta como la Tierra (1g) alrededor del Sol (negro), de AD Leo (rojo), una estrella tipo M0 (verde), tipo M5 (azul) y M7 (magenta). Fuente: H. Rauer y colaboradores.

Dependiendo del tipo de eclipse y estrella considerado algunos de estos gases mostraría su presencia clara en el espectro incluso con espectros de baja resolución. En otros casos se necesitaría alta resolución espectral o casi no habría señal en el espectro como, por ejemplo, en el caso del N2O, al menos para algunos tipos de estrellas.
En definitiva, el uso de espectrometría de alta resolución podría revelar la presencia de varios biomarcadores en muchos planetas si éstos tienen condiciones para la vida o si la vida ha evolucionado sobre ellos. Una tecnología que está o estará disponible pronto.
El principal inconveniente de los espectros tomados en tránsito es que la fracción de planetas que exhiben este fenómeno es muy baja por motivos puramente geométricos. Que podamos ver esas alineaciones perfectas se debe a que observamos miles de estrellas. Podría haber un planeta con vida a la vuelta de la esquina cósmica y no podríamos saber ni su existencia, mucho menos tomar un espectro de él.

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Fuentes y referencias:
Artículo en ArXiv. ^[2]
Ilustración cabecera: NASA/CfA/David Aguilar.