On busca indicis de vida extraterrestre el telescopi James Webb
¿Els exoplanetes tenen atmosferes aptes per a la vida? Aquesta és la gran pregunta que es fan els astrònoms
S’obre un nou capítol en la recerca de vida extraterrestre: el telescopi espacial més potent mai construït comença a espiar planetes que orbiten altres estrelles. Els astrònoms esperen que el telescopi espacial James Webb reveli si alguns d’aquests planetes tenen atmosferes que puguin sustentar algun tipus de vida.
Identificar una atmosfera en un altre sistema solar ja seria un fet prou extraordinari. Però fins i tot hi ha la possibilitat –encara que mínima– que en una d’aquestes atmosferes es trobi el que coneixem com a biosignatura: un rastre que indica la presència de vida. “Crec que serem capaços de trobar planetes interessants; ja sabeu què vull dir: amb bones possibilitats per a la vida”, diu Megan Mansfield, astrònoma de la Universitat d’Arizona. “Però això no vol pas dir que puguem identificar la vida immediatament”.
La Terra és encara, ara com ara, l’únic planeta de l’Univers on se sap que hi ha vida. Fa gairebé seixanta anys que els científics envien sondes a Mart i encara no hi han trobat cap marcià. Però és plausible que hi hagi vida amagada sota la superfície del Planeta Vermell o pendent de descobrir en una lluna de Júpiter o Saturn. Alguns científics mantenen l’esperança que fins i tot a Venus hi puguin viure venusians, tot i la seva atmosfera abrasadora formada per núvols de diòxid de sofre. I encara que al final resulti que la Terra és l’únic planeta del nostre sistema solar on hi ha vida, molts altres sistemes solars de l’Univers contenen els anomenats exoplanetes.
Exoplanetes grans i petits
El 1995, uns astrònoms suïssos van detectar el primer exoplaneta que orbitava una estrella semblant al Sol. Però es va descobrir que aquest exoplaneta, conegut com a 51 Pegasi b, era un lloc poc prometedor per a la vida: un gegant inflat de gas més gran que Júpiter amb una tòrrida temperatura d’uns 980 ºC. Posteriorment els científics han trobat més de 5.000 exoplanetes. N’hi ha que s’assemblen molt més a la Terra: tenen aproximadament les mateixes dimensions, estan fets de roques en lloc de gas i orbiten a la zona d’habitabilitat al voltant de la seva estrella: no prou a prop per torrar-se i no prou lluny per congelar-se.
Per desgràcia, les dimensions relativament petites d’aquests exoplanetes fan que sigui molt difícil estudiar-los: fins ara, però. El telescopi espacial James Webb, que es va llançar per Nadal, canviarà aquesta situació, perquè funcionarà com una lupa que permetrà als astrònoms mirar més de prop aquests mons. Des que es va llançar a Kourou, a la Guaiana Francesa, el telescopi ha recorregut més d’un milió i mig de quilòmetres des de la Terra i ha entrat a la seva òrbita al voltant del Sol, amb un escut que protegeix el seu mirall de 6,5 metres de la calor o la llum procedents del Sol o de la Terra. En aquesta profunda foscor, el telescopi detecta llums trèmules i llunyanes, algunes de les quals podrien revelar nova informació sobre planetes remots.
Aquest telescopi “és el primer gran observatori espacial que s’ha dissenyat per estudiar les atmosferes dels exoplanetes”, diu Mansfield. Els enginyers de la NASA van començar a fotografiar una sèrie d’objectes amb el telescopi Webb a mitjans de juny. Els exoplanetes formen part d’aquest primer lot d’imatges, explica Eric Smith, director científic del programa. Com que el telescopi observarà els exoplanetes durant relativament poc temps, Smith considera aquestes primeres imatges com una primera ullada “ràpida i tèrbola” al poder del telescopi.
Aquestes ullades ràpides aniran seguides d’una sèrie d’observacions molt més llargues que oferiran una imatge molt més clara dels exoplanetes. Diversos equips d’astrònoms planifiquen l’estudi dels set planetes que orbiten una estrella anomenada Trappist-1. Segons observacions anteriors, tres d’aquests planetes ocuparien la zona d’habitabilitat. “És un lloc ideal per buscar rastres de vida fora del sistema solar”, diu Olivia Lim, estudiant de postgrau de la Universitat de Mont-real que observarà els planetes de la Trappist-1. Com que la Trappist-1 és una estrella petita i freda, la seva zona d’habitabilitat és més a prop seu que al nostre sistema solar. En conseqüència, els seus planetes potencialment habitables orbiten a poca distància i només tarden uns quants dies a circumdar-la. Cada vegada que els planetes passin per davant de la Trappist-1, els científics es plantejaran una pregunta bàsica però fonamental: n’hi ha algun amb atmosfera?
Trobar una atmosfera en un paller de llum
Com diu Nikole Lewis, astrònoma de la Universitat Cornell: “Si no té aire, el planeta no és habitable, encara que es trobi a la zona d’habitabilitat”. A Nikole Lewis i altres astrònoms no els sorprendria gens que no es trobés cap atmosfera al voltant dels planetes de la Trappist-1. Encara que n’haguessin desenvolupat una en el moment de la seva formació, l’estrella podria haver-la destruït fa molt de temps amb radiació ultraviolada i rajos X. Segons Megan Mansfield: “És possible que les estrelles siguin capaces d’eliminar tota l’atmosfera d’un planeta abans que tingui l’oportunitat de començar a desenvolupar algun tipus de vida, perquè aquesta és la gran pregunta que volem respondre: aquests planetes poden tenir una atmosfera durant el període de temps necessari per crear vida?”
Un planeta que passi per davant de la Trappist-1 crearà una ombra diminuta, i aquesta ombra serà massa petita perquè la capti el telescopi espacial. El que sí que detectarà el telescopi serà una lleugera atenuació de la llum que arriba des de l’estrella. Segons Jacob Lustig-Yaeger, un astrònom que ha obtingut una beca postdoctoral per treballar al laboratori de física aplicada de la Johns Hopkins: “És com mirar un eclipsi solar amb els ulls tancats. Pots tenir una mica la sensació que la llum s’ha atenuat”.
Un planeta amb atmosfera enfosquirà l’estrella que té al darrere d’una manera diferent del planeta que no en té cap. Part de la llum de l’estrella travessarà directament l’atmosfera, però els gasos absorbiran la llum a determinades longituds d’ona. Si els astrònoms observen només la llum de les estrelles a aquestes longituds d’ona, el planeta enfosquirà encara més la Trappist-1. El telescopi enviarà aquestes observacions de la Trappist-1 a la Terra. “I aleshores rebrem un correu electrònic que dirà: «Hola. Les dades ja estan a la vostra disposició»”, comenta Megan Mansfield. Però la llum procedent de Trappist-1 serà tan fluixa que costarà un temps interpretar-la. “Els nostres ulls estan acostumats a processar milions de fotons per segon –diu Eric Smith–. Però aquests telescopis només agafen uns quants fotons per segon”.
Abans que Mansfield o els seus col·legues siguin capaços d’analitzar els exoplanetes que passen per davant de la Trappist-1, hauran de diferenciar-los de les minúscules fluctuacions produïdes per la maquinària mateixa del telescopi. Com ella mateixa diu: “Gran part de la feina que faig és assegurar-me que corregim minuciosament qualsevol cosa estranya que faci el telescopi, de manera que puguem veure aquests senyals tan petitons”. És possible que, al final d’aquests estudis, Mansfield i els seus col·legues descobreixin una atmosfera al voltant d’un planeta de la Trappist-1. Però aquest resultat per si sol no revelarà la naturalesa d’aquesta atmosfera. Pot ser rica en nitrogen i oxigen, com la de la Terra, o més semblant a la barreja tòxica de diòxid de carboni i àcid sulfúric de Venus. O podria ser una barreja mai vista pels científics.
Atmosferes desconegudes
Per a Alexander Rathcke, astrònom de la Universitat Tècnica de Dinamarca: “No tenim ni idea sobre de què estan fetes aquestes atmosferes. Tenim idees, simulacions i tota la pesca, però el fet és que no en tenim ni idea. Ens ho hem de mirar bé”. El telescopi espacial James Webb, de vegades anomenat JWST, pot ser prou potent per determinar els ingredients específics de les atmosferes dels exoplanetes, perquè cada tipus de molècula absorbeix un rang diferent de longituds d’ona de llum. De tota manera, aquests descobriments dependran del clima dels exoplanetes. Una cortina de núvols brillant i reflectant impediria que la llum de les estrelles penetrés a l’atmosfera d’un exoplaneta i arruïnaria així qualsevol intent de trobar aire extraterrestre. Com diu Rathcke: “És molt difícil distingir entre una atmosfera amb núvols o una atmosfera inexistent”.
Si el clima ho permet, els astrònoms estan impacients per saber sobretot si a les atmosferes dels exoplanetes hi ha aigua. L’aigua és un requisit essencial per a la biologia, si més no a la Terra. Com diu Mansfield: “Creiem que segurament seria un bon punt de partida per buscar-hi vida”. Però una atmosfera aquosa no vol pas dir que en un exoplaneta hi hagi vida. Per saber del cert que un planeta està viu, els científics hi hauran de detectar una biosignatura, una molècula o una combinació de diverses molècules fetes clarament per éssers vius.
Els astrònoms encara debaten en què consisteix una biosignatura fiable. L’atmosfera terrestre és única al nostre sistema solar perquè conté molt d’oxigen, produït en gran part per plantes i algues. Però l’oxigen també es pot produir sense l’ajuda de la vida, quan les molècules d’aigua de l’aire es divideixen. El metà, igualment, pot ser emès per microbis vius però també pels volcans. És possible que hi hagi un equilibri concret de gasos que constitueixi una biosignatura clara, un equilibri que no es pugui mantenir sense l’ajuda de la vida. “Necessitem unes condicions molt favorables per trobar aquestes biosignatures”, diu Rathcke. “No dic que no sigui possible, només crec que és improbable. Hauríem de tenir molta sort”.
Segons Joshua Krissansen-Totton, un planetòleg de la Universitat de Califòrnia, a Santa Cruz, el telescopi Webb, per trobar aquest equilibri, ha d’observar un planeta que passi repetidament per davant de la Trappist-1. “Si en aquests pròxims cinc anys algú ve i diu: «Sí, hem trobat vida amb el JWST», seré molt escèptic amb aquesta afirmació”, diu Krissansen-Totton.
És possible que el telescopi espacial James Webb no sigui capaç de trobar biosignatures. Potser, per fer aquesta tasca, haurem d’esperar fins a la pròxima generació de telescopis espacials, d’aquí més d’una dècada. Aquests futurs telescopis estudiaran els exoplanetes de la mateixa manera que nosaltres mirem Mart o Venus al cel nocturn: observant la llum de les estrelles que s’hi reflecteix sobre el fons negre de l’espai, en lloc d’observar-los quan passen per davant d’una estrella.
“Sobretot, el que farem ara serà posar unes bases molt importants per als futurs telescopis”, vaticina Rathcke. “Em sorprendria molt que el telescopi Webb detectés biosignatures, però tinc l’esperança d’equivocar-me. En realitat, és per això que treballo”.