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Científicos descubren una nueva forma en que los exoplanetas podrían producir oxígeno

Encontrar oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta es una pista de que la vida puede estar desarrollándose. En la Tierra, los organismos fotosintéticos absorben dióxido de carbono, luz solar y agua y producen azúcares y almidones para obtener energía. El oxígeno es el subproducto de ese proceso, por lo que si podemos detectar oxígeno en otro lugar, generará excitación. Pero los investigadores también han puesto presión sobre la idea de que el oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta indica vida. Solo es evidencia de vida si podemos descartar otras vías que crearon el oxígeno.

Pero los científicos no pueden descartarlos.

Ilustración de Exoplaneta y exoluna alienígena con atmosfera de oxígeno. Crédito: Búsqueda Extraterrestre


La tierra está saturada de oxígeno. Constituye el 46% de la corteza y aproximadamente el mismo porcentaje del manto, y la atmósfera tiene aproximadamente un 21% de oxígeno. La presencia de oxígeno proviene del Gran Evento de Oxigenación (GOE) hace unos 2 mil millones de años. Las antiguas cianobacterias desarrollaron pigmentos que absorben la luz solar y la utilizan en la fotosíntesis. El oxígeno es un producto de desecho de la fotosíntesis, y la vida ha tenido un par de miles de millones de años para acumular oxígeno en la atmósfera, el manto y la corteza.

Entonces, si los científicos encuentran oxígeno en la atmósfera de un exoplaneta, esto indica fuertemente que la vida podría estar desarrollándose. La vida simple puede estar burbujeando en los océanos del planeta, absorbiendo la luz del sol y arrojando oxígeno. Pero una nueva investigación ha identificado una fuente de oxígeno que no depende de la vida.

El artículo de investigación es “Producción de oxígeno molecular abiótico: vía iónica del dióxido de azufre“, publicado en Science Advances. El autor principal es Måns Wallner, estudiante de doctorado en física en la Universidad de Gotemburgo en Suecia.

Los investigadores han encontrado una fuente abiótica de oxígeno que proviene del dióxido de azufre. El azufre no es raro en los cuerpos celestes, y dado que los volcanes producen azufre y lo bombean a la atmósfera, los exoplanetas volcánicos terrestres pueden tener oxígeno en sus atmósferas. Y la vida no necesita estar involucrada.

En cambio, la radiación de alta energía de una estrella puede ionizar la molécula de dióxido de azufre. La fórmula del dióxido de azufre es SO 2 , y cuando se ioniza, la molécula se reorganiza. Se convierte en un “sistema de doble carga positiva”. Entonces tiene una forma lineal con ambos átomos de oxígeno adyacentes entre sí y el azufre en el otro extremo. Esto se llama itinerancia, ya que los átomos de oxígeno son libres de moverse en órbitas caóticas hasta que se asientan en nuevos compuestos.


Esta figura muestra cómo la radiación solar, cuando es lo suficientemente energética, puede ionizar el SO2 y producir oxígeno.  Crédito de la imagen: Universidad de Gotemburgo.

“Tras la doble ionización, dos de los electrones unidos en la molécula son expulsados ​​y pueden provocar cambios en el ángulo entre los átomos de la molécula”, dijo el autor principal Wallner en un comunicado de prensa. “Alternativamente, como crucial en el presente caso, puede ocurrir la itinerancia, es decir, los átomos cambian de lugar y la molécula adquiere una forma completamente nueva”.

Pero es posible que los constituyentes de la molécula no vuelvan a convertirse en SO2. En cambio, el azufre puede romperse y puede permanecer una simple molécula de oxígeno cargada positivamente. Entonces la carga positiva se puede neutralizar atrayendo un electrón de otra molécula. El oxígeno molecular (O2) permanece y es vital para la vida en la Tierra.

Este camino hacia el oxígeno puede explicar parte del oxígeno que encontramos en otros lugares. Io, Ganímedes y Europa tienen oxígeno en sus atmósferas, y la itinerancia podría ser la causa. Io es un lugar volcánico, el mundo más volcánico del Sistema Solar, por lo que se descarta la vida allí. Ganímedes y Europa tienen océanos subterráneos, por lo que potencialmente podrían albergar vida. Pero esa vida no puede construir una atmósfera de oxígeno como la vida en la Tierra. Se requiere otra explicación para dar cuenta del oxígeno que se encuentra en estas lunas.


Utilizando el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos encontraron evidencia de una delgada atmósfera de oxígeno en Ganímedes en 1996. La atmósfera es demasiado delgada para sustentar la vida tal como la conocemos.  El hecho de que tenga oxígeno en su atmósfera significa que debe haber una fuente abiótica.  La nave espacial Juno capturó esta imagen de Ganímedes en 2021. Crédito: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Kevin M. Gill

Esta vía de oxígeno también puede ocurrir en la Tierra, según los investigadores. “También sugerimos en nuestro artículo que esto sucede naturalmente en la Tierra”, dijo Raimund Feifel, coautor del artículo que informa sobre los hallazgos.

Esta vía de formación de oxígeno iónico también puede funcionar para otras moléculas, y eso es lo siguiente para los investigadores. Quieren saber si otras moléculas como el diseleniuro de carbono están sujetas a doble ionización. “Queremos ver si también sucede entonces o si fue solo una feliz coincidencia con el dióxido de azufre”, dijo Feifel.

Otros investigadores han abordado las fuentes abióticas de O2. Un artículo de 2014 presentó evidencia de oxígeno molecular producido a partir de CO2 cuando se expone a luz ultravioleta de alta energía. En un artículo de 2015 , investigadores japoneses demostraron que la luz ultravioleta cercana podría producir O2 en los exoplanetas cuando interactúan con el agua utilizando Titania (dióxido de titanio) como catalizador.

Estos hallazgos ayudan a explicar cómo la Tierra tenía una pequeña cantidad de oxígeno en su atmósfera antes del GOE. Dado que el oxígeno es tan reactivo, debe haber una fuente de reposición, y estas vías podrían ser las responsables.

El Telescopio Espacial James Webb forma parte del telón de fondo de esta investigación. El estudio de las atmósferas de los exoplanetas es uno de los objetivos científicos del telescopio y, con sus potentes instrumentos infrarrojos, está preparado para revelar la composición química de las atmósferas de los exoplanetas.

Si encuentra oxígeno, habrá algo de emoción. Pero como nos muestra esta investigación, hay más en el oxígeno que en la vida.

Referencias:

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