Desde el primer descubrimiento en 1992, se han identificado más de 6000 exoplanetas (planetas fuera de nuestro Sistema Solar), y cada día se descubren más. Los resultados de las búsquedas realizadas hasta ahora son tan reveladores como emocionantes: casi todas las estrellas parecen tener planetas, lo que implica que solo en nuestra galaxia podría haber más de 100.000 millones de exoplanetas. Con esta certeza sobre la abundancia de mundos en el Universo, surge inevitablemente la gran pregunta: ¿estamos solos?
Aunque no podamos viajar a exoplanetas lejanos, los telescopios nos permiten buscar indicios de vida en sus atmósferas. Si un observador extraterrestre intentara detectar señales de vida en nuestro Sistema Solar, encontraría pruebas evidentes en la atmósfera terrestre; especialmente en forma de oxígeno molecular, metano y óxido nitroso, moléculas que en la Tierra se producen principalmente por procesos biológicos. Estas sustancias, conocidas como biofirmas, pueden delatar la presencia de actividad biológica en la superficie de un planeta.
Aún no es posible detectar biofirmas en atmósferas de exoplanetas del tamaño de la Tierra, pero eso cambiará con los telescopios de próxima generación. Sin embargo, los avances tecnológicos por sí solos no bastarán para identificar vida en otros mundos: aún queda mucho por aprender sobre cómo interpretar posibles biofirmas. En particular, es necesario estudiar cómo se manifestarían los signos de vida terrestre en exoplanetas que orbitan estrellas mucho más calientes o más frías que el Sol.
Oxígeno molecular y metano: una posible señal de vida
El oxígeno molecular (O₂) es una de las biofirmas más buscadas, no solo porque representa alrededor del 21 % de la atmósfera terrestre, sino porque en nuestro planeta se produce casi exclusivamente por organismos vivos. Sin embargo, la detección de O₂ en un exoplaneta no sería una prueba definitiva de vida, ya que también puede generarse por procesos no biológicos.
Por ejemplo, si un planeta con océanos líquidos se calienta en exceso, el agua puede evaporarse y alcanzar las capas altas de la atmósfera, donde la radiación ultravioleta (UV) de su estrella la descompone en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno, al ser más ligero, escapa al espacio, mientras que el oxígeno permanece, acumulándose en la atmósfera incluso cuando el planeta ya no es habitable.
No obstante, la presencia simultánea de oxígeno y metano (CH₄) sería una señal mucho más convincente de actividad biológica. La relación entre ambos gases puede compararse con una fiesta y las porciones de pizza: si entras y ves invitados comiendo pizza, solo hay tres posibilidades:
- los invitados acaban de llegar;
- la pizza acaba de llegar; o
- la pizza se está reponiendo constantemente.
Invitados y pizza no pueden coexistir indefinidamente sin un suministro continuo. Del mismo modo, O₂ y CH₄ reaccionan entre sí y no pueden coexistir durante mucho tiempo a menos que algo —probablemente la vida— los esté generando de forma continua en la superficie. Por eso, las futuras búsquedas de biofirmas se centrarán en detectar ambos gases en la atmósfera de planetas rocosos situados en la zona habitable.
El ozono será mucho más fácil de detectar que el oxígeno molecular
Aunque en principio parezca sencillo detectar oxígeno y metano juntos, en la práctica no siempre es posible observar O₂ directamente. Si el oxígeno no constituye una fracción significativa de la atmósfera, su detección resultará extremadamente difícil. Esto supone un reto importante: durante la mayor parte de la historia de la Tierra, el O₂ fue escaso, pese a que ya existía vida. Aunque hay evidencias de organismos vivos de hace más de 3000 millones de años, el oxígeno no alcanzó sus niveles actuales hasta hace unos 500 millones de años.
En esos casos, se ha propuesto usar el ozono (O₃) —un subproducto del oxígeno— como biofirma indirecta. Aunque el ozono no es producido directamente por la vida, su detección es mucho más sencilla en distintas condiciones atmosféricas, lo que lo convierte en un buen candidato para sustituir al O₂ en la búsqueda de biofirmas.
Sin embargo, investigaciones recientes del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) han cuestionado esta suposición. Mediante modelos de química atmosférica de exoplanetas, el equipo científico del IAA-CSIC ha descubierto que la relación entre ozono y oxígeno es más compleja de lo que se creía. En particular, la presencia de óxido nitroso (N₂O) —también conocido como “gas de la risa”— puede alterar notablemente esa relación, afectando la capacidad de usar el ozono como indicador fiable de O₂.
El óxido nitroso puede crear o destruir ozono de forma indirecta
El óxido nitroso es una biofirma producida tanto de forma natural por microorganismos del suelo como por actividades agrícolas humanas. Aunque el N₂O no afecta directamente al ozono, las reacciones con la radiación ultravioleta pueden transformarlo en óxidos de nitrógeno (NOx), contaminantes comunes que pueden tanto destruir como generar ozono.
En las capas altas de la atmósfera terrestre, donde se concentra la capa de ozono, el NOx destruye eficientemente el ozono al convertirlo nuevamente en O₂. En cambio, cerca de la superficie, el NOx actúa como catalizador de su formación, dando lugar al ozono troposférico, o “ozono del esmog”. Aunque molecularmente es el mismo compuesto, su presencia cerca del suelo resulta tóxica para los organismos vivos.
Como la transformación del N₂O en NOx depende de la radiación ultravioleta, la cantidad de NOx producida varía con la intensidad de la luz UV emitida por la estrella del planeta. En general, las estrellas más grandes y calientes (como el Sol) emiten más radiación UV que las más pequeñas y frías. Esto significa que, incluso con la misma cantidad de N₂O, los planetas que orbitan estrellas calientes tendrán más NOx en la atmósfera que aquellos que orbitan estrellas frías.
Los estudios liderados por el IAA-CSIC han analizado por primera vez cómo cambia la formación de ozono en función del contenido de N₂O en atmósferas de planetas rocosos que orbitan distintos tipos de estrellas. Los resultados muestran que añadir más N₂O afecta de manera muy diferente a los planetas alrededor de estrellas calientes y frías:
- En planetas como la Tierra, con estrellas similares al Sol, el N₂O se convierte eficazmente en NOx, lo que provoca una fuerte disminución del ozono estratosférico.
- En planetas que orbitan estrellas más frías, se produce menos NOx, pero este tiende a generar ozono de esmog en las capas bajas de la atmósfera en lugar de destruir el ozono superior.
Aún estamos encajando las piezas del rompecabezas de la habitabilidad
El estudio de la relación entre el óxido nitroso y el ozono no solo mejora nuestra comprensión de cómo usar el ozono en futuras búsquedas de biofirmas, sino que también revela posibles regímenes atmosféricos inéditos en exoplanetas. En el caso de los planetas alrededor de estrellas frías, el aumento del “ozono de esmog” asociado a una mayor producción biológica de N₂O plantea nuevas preguntas sobre la habitabilidad de esos mundos.
Aunque ese ozono adicional podría proteger la superficie de la radiación ultravioleta, su acumulación cerca del suelo sería perjudicial para la vida, como ocurre en las ciudades con altos niveles de contaminación por NOx, donde el ozono causa problemas respiratorios. No está claro si esto supondría un obstáculo para la habitabilidad o si, por el contrario, la vida en esos entornos podría evolucionar mecanismos de resistencia a sus efectos nocivos.
El estudio de las relaciones entre el óxido nitroso, el ozono y el oxígeno en torno a distintos tipos de estrellas nos prepara mejor para la búsqueda de vida en el Universo, pero aún queda un largo camino por recorrer. Los científicos siguen trabajando para comprender mejor los posibles entornos habitables que los telescopios de próxima generación podrían observar.
El rompecabezas de la habitabilidad planetaria es complejo, pero pieza a pieza la comunidad científica continúa avanzando hacia un objetivo común: acercarnos al momento en que podamos responder si estamos solos en el Universo.
