Doctora Antígona Segura Peralta
Instituto de Ciencias Nucleares Universidad Nacional Autónoma de México
antigona@nucleares.unam.mx
“Somos polvo de estrellas” dice una frase, frecuentemente usada en conferencias y videos de divulgación. Yo creo que es más adecuado decir que somos material reciclado de las estrellas. La frase no es tan poética, pero va más de acuerdo con estos tiempos “ecológicos”. Fuera de los juegos de palabras, ambas expresiones encierran detrás de ellas muchos años de investigación sobre los procesos que transforman a las estrellas a lo largo del tiempo, la formación de nuestro planeta y el surgimiento de la vida.
La ciencia, en particular la astronomía, nos ha mostrado que no somos ni el centro del sistema solar, ni de la galaxia, ni del universo; sin embargo, nos ha develado una conexión que va desde las estrellas hasta nosotros, dándole al fenómeno de la “vida” una dimensión cósmica: para comprender cómo se originó la vida en la Tierra, podemos empezar por la vida de las estrellas.
DÓNDE NACEN LAS ESTRELLAS
Se llaman nubes moleculares y están compuestas por gas y polvo expulsado por estrellas en sus últimas etapas de evolución. Grumos densos dentro de estas nubes se colapsan hasta formar estructuras en forma de disco que contienen en su centro el embrión de una estrella. Aquí suceden dos procesos, de los que depende el surgimiento de la vida: a medida que la presión y la temperatura aumentan dentro de la estrella, se dan reacciones que generan nuevos elementos químicos, mientras que en el disco que rodea a la estrella se van acumulando el polvo y el gas, formando rocas cada vez mayores, que finalmente se convierten en planetas. Así se generan los elementos que constituyen a los seres vivos y los lugares donde habitan.
COCINANDO ELEMENTOS
Todos los átomos de hidrógeno que existen se formaron en los primeros minutos de vida de nuestro universo; en este proceso también se generó helio, que es conocido como helio primordial, para distinguirlo del que se formó después en el interior de las estrellas. El resto de los elementos que forman planetas y seres vivos se generaron después, dentro de las estrellas; en un proceso llamado fusión.
Los átomos bajo condiciones extremas de presión y temperatura pueden unirse para formar nuevos elementos. La fusión libera energía que es la que hace brillar a las estrellas. Al principio todas las estrellas fusionan átomos de hidrógeno, formando átomos de helio. Este proceso consume el hidrógeno en el núcleo de la estrella, y eventualmente ya no es posible obtener energía de la fusión de hidrógeno.
Esto genera grandes cambios en la estrella, hasta que su núcleo adquiere la temperatura y presión necesarias para fusionar helio y generar átomos de berilio; de nuevo, el helio comienza a agotarse y es el berilio el que forma carbono y oxígeno. Este proceso continúa hasta que se forman átomos de hierro. La fusión del hierro no genera energía, sino que la absorbe, colapsando a la estrella y llevándola al final de su evolución.
Dependiendo de la masa de la estrella, ésta puede explotar como supernova o simplemente liberar sus capas exteriores hacia el espacio. En las explosiones de supernova se generan elementos más pesados que el hierro. Sea cual sea el tamaño de la estrella, los elementos que se cocinan en su interior acaban siendo expulsados al espacio y acumulándose en enormes nubes, de las que se formarán nuevas estrellas.
CONSTRUYENDO LA CASA
El disco que se genera alrededor de una estrella en formación se llama disco circunestelar o disco protoplanetario, y está formado por polvo y gas expulsados por estrellas moribundas. El disco se transforma con el tiempo; el polvo se acumula en trozos cada vez más grandes; cerca de la estrella, el gas del disco se evapora una vez que el astro comienza a brillar, y en estas regiones crecen cuerpos rocosos y pequeños. Más lejos de la estrella, donde los gases no se han evaporado por el calor de la estrella, se pueden condensar cuerpos enormes con núcleos rocosos pequeños y grandes atmósferas.
Así se forman los planetas, pero el disco no se agota por completo; de él quedan remanentes (polvo, rocas y hielos) que son los materiales más antiguos del sistema y que incluso pueden preservar material de la nube original de la que se formaron el disco y la estrella. En nuestro Sistema Solar a estos remanentes los conocemos como polvo interplanetario, cometas y asteroides.
Los planetas son el mejor lugar para la que vida surja, pues en ellos pueden darse las condiciones físicas y químicas para que la materia genere estructuras complejas que eventualmente se conviertan en organismos vivos. Claro que no todos los planetas tienen las condiciones para albergar vida. Uno de los problemas de hoy en día es determinar qué hace habitable a un planeta y qué tan probable es que se formen estos planetas habitables.
EL LUGAR IDEAL
Nuestro planeta es, hasta el día de hoy, el único mundo habitable que conocemos. La vida en la Tierra, a pesar de su aparente variedad, está basada en unas cuantas moléculas que conforman todos los organismos vivos. Así pues, la vida en la Tierra constituye, toda ella, un ejemplo único basado en el carbono y el agua líquida. Si bien en el aspecto biológico estamos solos, al menos contamos con otros ejemplos de planetas relativamente cercanos a nosotros. La comparación de la Tierra con otros cuerpos del sistema solar nos permite dilucidar las características que hacen de nuestro mundo un lugar habitable.
Todo comenzó con la formación de nuestro planeta, justo dentro de la llamada zona habitable, un anillo alrededor del Sol donde un planeta con atmósfera puede tener agua líquida en la superficie. Como dijimos antes, los gases del disco original del que se forman los planetas se evaporan cerca de la estrella; así que, en un principio, la Tierra era una esfera de material fundido, sin una atmósfera a su alrededor.
Los gases de la atmósfera y el agua se obtuvieron después, una vez que la corteza del planeta se enfrió, y provinieron en su mayor parte de emanaciones volcánicas; el resto fue traído por cometas y asteroides. La composición original del disco, así como la posición de los planetas que se van formando a partir de él, son esenciales para determinar las propiedades de los cuerpos rocosos que se formarán en la zona habitable de la estrella. Si el cuerpo recibe suficiente energía de su estrella, tiene una atmósfera y agua, entonces tendremos un planeta potencialmente habitable.
Un mundo similar se formó alrededor de la estrella que conocemos como el Sol. Los elementos cocinados dentro de otras estrellas comenzaron a organizarse, y así comenzó la historia de la vida en la Tierra. Es probable que estos eventos puedan repetirse y dar origen a otros mundos habitables.
Los astrónomos nos han mostrado que las estrellas, desde las más grandes (100 veces más masivas que el Sol) hasta las más pequeñas (100 veces menos masivas que el Sol), pueden tener discos circunestelares y, por lo tanto, formar planetas.
¿DÓNDE ESTÁN LOS PLANETAS HABITABLES?
Si hay cien mil millones de estrellas en nuestra galaxia, eso significa que tenemos muchos lugares donde buscar mundos habitables. Pero, antes de lanzarnos a buscar estrella por estrella, la astronomía tiene otra lección que darnos. El proceso que antes describimos (por el cual una estrella obtiene energía) resulta mucho más rápido cuando la estrella es muy masiva.
Esto significa que una estrella diez veces más masiva que el Sol, será estable durante unos diez millones de años antes de explotar como supernova. Aunque no sabemos qué tanto puede tardar la vida en originarse, la formación de un planeta requiere justamente unos diez millones de años, así que en una estrella como ésta los planetas apenas se estarían formando cuando la explosión supernova de las estrella los convertiría de nuevo en polvo.
De esta forma, descartamos de nuestra búsqueda de mundos habitables a aquellas estrellas que son estables durante menos de mil millones de años. Nos quedamos entonces con los astros que tengan menos de dos veces la masa del Sol. Estamos hablando del 90 por ciento de estrellas de la galaxia; así que aún tenemos muchos lugares dónde buscar. El siguiente límite lo pone nuestra tecnología: los planetas son tan pequeños y opacos, que es muy difícil detectarlos. Nuestras tecnologías sólo pueden detectar planetas en las estrellas cercanas a nosotros. Esto reduce la búsqueda a unas miles de estrellas.
VIDA DE OTRO MUNDO
Cuando pensamos en vida extraterrestre, consideramos que hay un sinfín de posibilidades, tantas que suponemos que hay algunas que no podemos ni imaginar. La imaginación ha sido, sin duda, el motor de muchas aventuras científicas; pero, al final, cuando se trata de ciencia, hay que volver a lo que podemos probar, y basarnos en conocimientos y teorías que sabemos que funcionan en todo el universo observable.
De esta manera, la vida no puede surgir en la superficie de un asteroide o en una estrella, pues en estos lugares la materia no puede organizarse para formar estructuras complejas, sea cual sea el elemento base de éstas. La vida basada en el carbono y el agua es la que mejor conocemos, y además sabemos que ambos elementos son comunes en los lugares donde se forman los planetas, por lo que es altamente probable que haya mundos con suficientes cantidades de agua y carbono para que se origine alguna forma de vida.
Claro que los científicos no olvidamos que puede haber otras opciones para tener un mundo habitable. Por ejemplo: la luna de Saturno llamada Titán tiene una densa atmósfera naranja, compuesta principalmente de nitrógeno y un poco de metano, conocido también como gas natural. La superficie de Titán es tan fría, que el agua está congelada y es tan dura como una piedra terrestre. Los lagos aquí no son de agua, sino de metano mezclado con otros hidrocarburos. Tal vez en mundos como éste sería posible tener vida basada en un líquido que no es el agua, pero hasta ahora, nuestra exploración de este satélite no nos ha dado ningún indicio de que haya vida en él.
Otro ejemplo interesante es la luna de Júpiter llamada Europa. La corteza de este satélite es de hielo, y hay evidencias de que debajo de él hay un océano de agua líquida. En un mundo como éste, la vida podría surgir con la energía liberada desde el interior del planeta y formar ecosistemas como los que existen en el fondo del mar terrestre alrededor de las ventilas hidrotermales.
Pero, aun cuando Europa se encuentra en nuestro Sistema Solar, y sólo nos toma unos seis años llegar allá con una nave robot, hasta la fecha no tenemos un instrumento que nos permita explorar bajo su helada superficie y determinar si hay vida en el satélite. Si existieran mundos similares alrededor de otras estrellas, con las tecnologías que tenemos no habría forma de saber si están habitados o no.
LAS SEÑALES DE LA VIDA
El mayor problema con el que nos enfrentamos los científicos hoy en día es el de reconocer un mundo habitado. En principio, no tenemos una definición de vida que nos permita reconocer un organismo vivo en cualquier lugar del universo. Para darle la vuelta a este problema, adoptamos una estrategia práctica; esto es, lo que buscamos depende de dónde y con qué se hace la exploración.
Si podemos mandar un microscopio a Marte, lo que buscamos entonces es vida microscópica. Parece sencillo; pero, ¿qué pasa cuando la única forma de estudiar un planeta es con un telescopio? En este caso, tenemos que buscar señales que se expresen en lo que llamamos el espectro del planeta. El espectro se obtiene cuando descomponemos la luz de un objeto en sus diferentes colores.
Por ejemplo, el arcoiris es el espectro de la luz de Sol. Si pudiéramos observar el espectro solar con detenimiento, notaríamos que hay zonas oscuras donde cierto color ha sido removido. Estas zonas son generadas por moléculas o átomos que se encuentran en la atmósfera del Sol y absorben la energía de un color específico. Como cada molécula y cada átomo absorben colores específicos, es posible distinguir qué compuesto está presente en la atmósfera solar sólo con ver el espectro de nuestra estrella.
Si observamos los espectros de Venus, Marte y la Tierra, también podemos determinar cuál es la composición de la atmósfera de cada uno y, en el caso de Marte y la Tierra, el espectro también muestra la composición de la superficie de estos dos planetas. En Marte y Venus, lo que vemos en sus espectros es la absorción del bióxido de carbono (CO2) que es el componente principal de sus atmósferas.
En el espectro terrestre, además del bióxido de carbono, se puede ver la absorción del vapor de agua, el oxígeno (O2) y el ozono (O3) que hay en la atmósfera. La comparación de estos tres planetas nos muestra la diferencia entre dos mundos sin vida y un mundo habitable. El bióxido de carbono indica que los tres mundos poseen atmósfera, pero sólo uno posee agua. Así es como identificamos que la Tierra es un mundo habitable.
La segunda parte es determinar si ese planeta está habitado.
Resulta que nuestro planeta no siempre tuvo oxígeno en su atmósfera. Después de su formación, la atmósfera terrestre estaba compuesta por bióxido de carbono y nitrógeno, al igual que las atmósferas de Venus y Marte. Pero en la Tierra surgió la vida y, en particular, unos seres microscópicos llamados cianobacterias. Las cianobacterias obtienen su energía de la luz solar, respiran CO2 y desechan oxígeno. Nuestra atmósfera está compuesta por un 21 por ciento de oxígeno en la actualidad, debido a estos seres microscópicos llamados cianobacterias.
Si el oxígeno y su derivado, el ozono, pueden ser detectados con un telescopio, estamos hablando de la posibilidad de detectar la presencia de vida microscópica ¡con un telescopio! En general, quienes nos dedicamos al estudio de las llamadas bioseñales, estamos buscando compuestos que sean el producto de la actividad biológica y que no puedan ser generados por ningún otro proceso, ya sea químico o geológico.
TELESCOPIOS A LA BÚSQUEDA
Hasta la fecha (marzo de 2009) hemos encontrado más de 340 planetas que giran alrededor de otras estrellas. La mayoría de ellos son planetas gigantes, similares a Júpiter que, por diversas razones, no podrían permitir la organización de estructuras complejas y, por lo tanto, no son adecuados para el surgimiento y evolución de la vida.
Las limitaciones tecnológicas nos han impedido detectar mundos más pequeños y por consecuencia potencialmente habitables, pero una nueva serie de instrumentos están a punto de abrirnos nuevas fronteras en cuanto a la búsqueda de planetas alrededor de otras estrellas. El pasado 6 de marzo fue puesto en órbita un telescopio llamado Kepler. Este instrumento analizará la luz de más de cien mil estrellas cercanas al Sol, para determinar si existen planetas alrededor de ellas.
Con estas observaciones, se realizará el primer censo de planetas con tamaños que van desde planetas pequeños, como la Tierra, hasta gigantes, como Júpiter, alrededor de estrellas cercanas. Podremos saber la distancia entre estos planetas y su estrella, así como el radio y masa de los planetas. A partir de estos datos, podremos elegir qué planetas podrían albergar vida, ya que se encuentran en la zona habitable de su estrella y poseen una masa igual o menor a 10 veces la de nuestro planeta.
El siguiente paso en la búsqueda de planetas habitables será realizado por dos misiones: el Buscador de Planetas Terrestres de la NASA, y Darwin, de la Agencia Espacial Europea. Estos instrumentos serán los primeros capaces de obtener espectros de planetas potencialmente habitables. A partir de ellos se espera que podamos identificar mundos habitables y, con suerte, vida extraterrestre. Para construir esta nueva generación de telescopios se requiere comprender mejor cómo se originan los planetas, cómo interactúa la vida con su medio planetario y qué compuestos pueden indicarnos la presencia de vida.
Polvo o desperdicio de estrellas, ¡qué importa!, si finalmente podemos descubrir que no estamos solos en la inmensidad del universo.
