Se acerca el día en el que descubriremos el primer planeta terrestre situado en la zona habitable de su estrella: la primera exotierra. Claro que una cosa es que un planeta esté situado en la zona habitable y otra muy distinta que sea habitable. Para saberlo necesitamos realizar un análisis espectroscópico de su atmósfera. Pero, ¿tenemos la tecnología necesaria para tamaña tarea?

Las malas noticias son que por ahora no, no la tenemos, pero lo bueno es que muy pronto dispondremos de ella. Dentro de unos años entrarán en servicio dos instrumentos revolucionarios: los telescopios E-ELT (European Extremely Large Telescope) y James Webb (JWST). El E-ELT es un telescopio monstruoso de 39 metros, mientras que el JWST será mucho más pequeño, pero al estar situado en el espacio podrá observar las longitudes de onda infrarrojas vedadas para los instrumentos terrestres.

¿Y qué es lo que queremos buscar? La clave son las bandas espectrales de determinados compuestos químicos. En concreto, lo primero que debemos mirar es la presencia de agua y dióxido de carbono, considerados marcadores de habitabilidad. Un planeta que tenga estos compuestos puede no ser habitable, por supuesto, pero una condición necesaria para la habitabilidad es que los posea. No obstante, el verdadero tesoro son los denominados biomarcadores, principalmente metano, óxido de nitrógeno y ozono. El ozono delata la presencia de oxígeno en la atmósfera, mientras que el óxido de nitrógeno se genera en la Tierra exclusivamente mediante la actividad bacteriana. Por su parte, el metano suele estar ligado a procesos volcánicos, pero también tiene una conexión biológica obvia. En todo caso, el metano y el dióxido de carbono son también fuertes gases de invernadero, por lo que pueden aumentar la habitabilidad de un planeta localizado en la parte exterior de su zona habitable.

La existencia de todos estos compuestos podrían indicar nada más y nada menos la presencia de vida en una exotierra. Para detectarlos necesitamos que el planeta transite delante de su estrella visto desde la Tierra. Cuando la exotierra pasa por delante de la misma tenemos lo que se denomina eclipse primario, mientras que cuando pasa por detrás estamos ante un eclipse secundario. Durante el eclipse primario podemos obtener un espectro de transmisión con las líneas espectrales de los compuestos arriba mencionados si tenemos un telescopio lo suficientemente grande, mientras que durante el eclipse secundario se pueden detectar tanto espectros de reflexión como de emisión, además de medir la contribución térmica del planeta si observamos en infrarrojo.

De acuerdo, entonces, ¿podemos detectar estas líneas espectrales con el E-ELT y el JWST? Hasta ahora no estaba muy claro, pero en un reciente estudio un equipo de astrónomos liderado por Pascal Hedelt ha demostrado que sí, aunque con algunos matices. Si tenemos una exotierra situada a menos de 33 años luz alrededor de una estrella de tipo solar (tipos F, G y K), el E-ELT podrá detectar bandas de absorción de dióxido de carbono, agua y ozono en el espectro de emisión del planeta durante los eclipses primarios. Sin embargo, las bandas del dióxido de carbono y el agua estarían demasiado próximas (2,7 micras) y para separarlas se requeriría una relación señal-ruido superior a 7, lo que en el caso del E-ELT se conseguiría con al menos diez tránsitos. Este es un requisito bastante restrictivo, porque para una exotierra situada en una estrella de tipo solar diez tránsitos significan diez años. Por suerte, podemos usar el telescopio James Webb, que desde el espacio podrá detectar la línea de dióxido de carbono de 4,3 micras, algo que no se puede hacer con los instrumentos situados en tierra por culpa de la absorción atmosférica. Por lo tanto, el JWST podrá ser usado para discriminar las observaciones del E-ELT y confirmar la presencia de dióxido de carbono.

Sin embargo, lo más interesante es que el E-ELT será capaz de observar la línea del ozono en 4,8 micras en condiciones favorables. Aunque es posible que el ozono se forme mediante procesos abióticos, su presencia en una exotierra sería todo un bombazo. Desgraciadamente, el metano sólo se podría observar en exotierras situadas muy en el exterior de su zona habitable, lo que implica un mayor tiempo de espera entre tránsito y tránsito. Una solución pasa por observar exotierras situadas alrededor de enanas rojas, con un año de tan sólo un mes. En este caso el tiempo de observación durante cada tránsito disminuye desde las 13 horas hasta solamente tres horas, pero a cambio tenemos muchos tránsitos a lo largo de un año.

Lo único malo es que este estudio ha sido realizado suponiendo que la exotierra no tiene una capa nubosa apreciable. La presencia de nubes disminuye la emisión en el infrarrojo del ozono, el agua y el dióxido de carbono, haciendo más difícil su detección, además de complicar la determinación de la temperatura superficial.

Pero lo realmente importante es que dentro de pocos años vamos a ser capaces de analizar la atmósfera de mundos similares al nuestro situados a decenas de años luz. Y, con mucha suerte, detectar la presencia de compuestos asociados con la vida. ¿Acaso no es emocionante?

Referencias:

• Spectral features of Earth-like planets and their detectability at different orbital distances around F, G, and K-type stars, P. Hedelt et al. (ArXiv, 25 de febrero de 2013).