Nikku Madhusudhan
Profesor de Astrofísica y Ciencias Exoplanetarias Instituto de Astronomía , Universidad de Cambridge
La noticia. El profesor Nikku Madhusudhan nos la cuenta así:
Creo que este sería un momento de ensueño para cualquier astrónomo. Esto es lo que esperamos, hacer grandes descubrimientos sobre el universo y nuestro lugar en el universo en general. Lo que hemos descubierto en este descubrimiento es que, por primera vez, hemos detectado moléculas que contienen carbono en la atmósfera de un planeta en la zona habitable.
Esto nunca había sucedido antes. Es la primera vez en la historia que esto ha sido posible gracias al telescopio espacial James Webb. Y el hecho de que podamos hacerlo en un planeta de la zona habitable ya es un logro tecnológico importante.
En cuanto a lo que esto significa científicamente, tenemos varios avances científicos clave que se derivan de ello. En primer lugar, la molécula de metano, por ejemplo, ha sido buscada durante mucho tiempo, poco más de una década ya. Hemos estado, como campo, tratando de buscar hidrocarburos y metano en particular en varios planetas de baja temperatura, pero nunca lo hemos encontrado.
En realidad, esto se llama el problema del metano desaparecido y por primera vez lo estamos viendo. Y, en segundo lugar, la combinación del metano y nuestra detección de dióxido de carbono y la no detección de otras moléculas importantes como el amoniaco, por ejemplo, o el monóxido de carbono, esa composición atmosférica nos dice que, de todas las formas posibles de explicarlo, la más plausible es que hay un océano debajo. Es muy difícil obtener ese tipo de composición de otra manera, por lo que esto es lo que nos lleva a pensar que este es un mundo Huygens muy posible, que son básicamente planetas con océanos de tamaño planetario y atmósferas ricas en hidrógeno, que tienen las condiciones adecuadas en la superficie para poder albergar vida en condiciones similares a las que vemos en la Tierra.
Ahora bien, esto tiene sus salvedades. Obviamente, sabemos que debería haber una capa de agua superficial, pero no sabemos exactamente cuál es la temperatura de esa agua, por lo que no podemos decir con certeza si es definitivamente habitable, pero tiene todos los indicios de que lo es y necesitamos más observaciones para establecerlo con más firmeza. Por lo tanto, una pregunta común que se plantea es: ¿podría este planeta albergar vida? Actualmente, no podemos decirlo con certeza.
Necesitamos más observaciones. Detectamos una molécula a un nivel tentativo llamada sulfuro de dimetilo. Esta molécula es exclusiva de la vida en la Tierra.
No hay otra forma de que esta molécula se produzca en la Tierra, por lo que se ha predicho que es una muy buena biofirma en exoplanetas, exoplanetas habitables, incluidos los mundos Huygens. Por lo tanto, queremos, en los próximos años, observar varios de estos candidatos Huygens, mundos Huygens, con el telescopio espacial James Webb y mapear con el mayor detalle posible si respaldan la presencia de un océano, especialmente un océano habitable, debajo de una atmósfera rica en hidrógeno. Y si lo hacen, ¿muestran algún signo de la presencia de algún biomarcador en sus atmósferas? Y si encontramos biomarcadores, también queremos realizar un trabajo teórico para establecer si esos biomarcadores pueden estar vinculados de manera única a la presencia de actividad biológica en el planeta.
Esperamos que nuestro descubrimiento actual sea el trampolín hacia esa nueva era de caracterización de exoplanetas en la que estamos entrando. Este descubrimiento en particular es tan importante para la comunidad científica como para cualquiera, en realidad, porque apunta a la esencia de las preguntas que nos hemos hecho como especie durante miles de años.
¿Por qué estamos aquí? ¿Estamos solos? Son preguntas que todos, casi todos, nos podemos hacer en algún momento de nuestra vida. Cuando nos adentramos en el cielo nocturno, nos preguntamos: ¿estamos solos?
La investigación descargable en el siguiente enlace:
Un equipo internacional de astrónomos dirigido por la Universidad de Cambridge ha utilizado datos del telescopio espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA para descubrir metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2–18 b, un exoplaneta en la “zona Goldilocks”. Es la primera vez que se descubren moléculas basadas en carbono en la atmósfera de un exoplaneta en la zona habitable.
Los resultados son consistentes con una superficie cubierta de océano debajo de una atmósfera rica en hidrógeno. El descubrimiento ofrece una visión de un planeta diferente a cualquier otro en nuestro Sistema Solar y plantea interesantes perspectivas sobre mundos potencialmente habitables en otras partes del Universo.
K2–18 b, que tiene 8,6 veces la masa de la Tierra, orbita alrededor de la estrella enana fría K2–18 en la zona habitable y se encuentra a 110 años luz de la Tierra en la constelación de Leo. Una primera visión de la atmósfera de K2–18 b provino de observaciones con el telescopio espacial Hubble, pero la composición atmosférica ha sido objeto de debate. Los mismos investigadores estudiaron K2–18 b en 2020 y 2021, y lo identificaron como perteneciente a una nueva clase de exoplanetas habitables llamados mundos “Hyceanos” que podrían acelerar la búsqueda de vida en otros lugares. Esto los impulsó a realizar una observación más detallada con JWST, el sucesor del Hubble.
Utilizando los instrumentos de mayor resolución del JWST, esta nueva investigación ha identificado definitivamente metano y dióxido de carbono en una atmósfera rica en hidrógeno en K2–18 b.
Los investigadores también identificaron otra señal más débil en el espectro de K2–18 b. Después de varios análisis, los investigadores dicen que la señal podría ser causada por una molécula llamada sulfuro de dimetilo (DMS). En la Tierra, el DMS solo lo produce la vida, principalmente la vida microbiana como el fitoplancton marino, lo que sugiere la posibilidad de actividad biológica en K2–18 b. Si bien estas señales de DMS son tentativas y requieren una mayor validación, los investigadores dicen que K2–18 b y otros planetas Hycean podrían ser nuestra mejor oportunidad de encontrar vida fuera de nuestro Sistema Solar.
Los resultados , que han sido aceptados para su publicación en The Astrophysical Journal Letters , se presentarán hoy (11 de septiembre) en la Conferencia Científica del Primer Año del JWST en Baltimore, Maryland, EE. UU.
Los exoplanetas como K2–18 b, que tienen tamaños entre los de la Tierra y Neptuno, no se parecen a nada de lo que hay en nuestro Sistema Solar. Esta falta de planetas análogos cercanos significa que estos “subneptunos” son poco conocidos y la naturaleza de sus atmósferas es un tema de intenso debate entre los astrónomos.
“Nuestros hallazgos subrayan la importancia de considerar diversos entornos habitables en la búsqueda de vida en otros lugares”, dijo el autor principal, el profesor Nikku Madhusudhan, del Instituto de Astronomía de Cambridge. “Tradicionalmente, la búsqueda de vida en exoplanetas se ha centrado principalmente en planetas rocosos, pero los mundos Hycean son significativamente más propicios para las observaciones atmosféricas”.
La abundancia de metano y dióxido de carbono, y la escasez de amoniaco, son consistentes con la presencia de un océano debajo de una atmósfera rica en hidrógeno en K2–18 b. Sin embargo, la inferencia de DMS es menos sólida y requiere una validación adicional. “Se necesitan más observaciones para determinar si de hecho es DMS lo que estamos viendo”, dijo Madhusudhan. “La posibilidad de DMS en la atmósfera es muy prometedora, pero estamos planeando realizar otra investigación para establecer de manera sólida su presencia”.
Si bien K2–18 b parece un candidato muy prometedor en la búsqueda de vida en otros lugares, es posible que no pueda albergar vida. El gran tamaño del planeta, con un radio 2,6 veces el radio de la Tierra, significa que el interior del planeta probablemente contiene un gran manto de hielo de alta presión, como Neptuno, pero con una atmósfera más delgada rica en hidrógeno y una superficie oceánica. Es posible que el océano sea demasiado caliente para ser habitable o ser líquido. Se necesitan más observaciones y trabajo teórico para establecer esto de manera concluyente.
“Aunque este tipo de planeta no existe en nuestro Sistema Solar, los subneptunos son el tipo de planeta más común conocido hasta ahora en la galaxia”, afirmó el coautor Subhajit Sarkar, de la Universidad de Cardiff. “Hemos obtenido el espectro más detallado hasta la fecha de un subneptuno en la zona habitable y esto nos ha permitido determinar las moléculas que existen en su atmósfera”.
La caracterización de las atmósferas de exoplanetas como K2–18 b (es decir, la identificación de sus gases constituyentes y sus condiciones físicas) es un área de frenética actividad en astronomía. Determinar las sustancias químicas presentes en las atmósferas de los exoplanetas es vital para comprender estos mundos alienígenas y proporciona pistas tentadoras sobre la habitabilidad en otras partes del universo. Sin embargo, estos planetas se ven eclipsados (literalmente) por el resplandor de sus estrellas madre, mucho más grandes, lo que hace que la exploración de las atmósferas de los exoplanetas sea un desafío.
El equipo superó este desafío analizando la luz de la estrella madre de K2–18 b a medida que pasaba a través de la atmósfera del exoplaneta. K2–18 b es un exoplaneta en tránsito, lo que significa que podemos detectar una caída en el brillo estelar a medida que pasa por la cara de su estrella anfitriona. Así es como se descubrió por primera vez el exoplaneta en 2015. Esto significa que durante los tránsitos, una pequeña fracción de la luz de las estrellas pasará a través de la atmósfera del exoplaneta antes de llegar a la Tierra. El paso de la luz de las estrellas a través de la atmósfera deja rastros fantasmales en el espectro estelar que los astrónomos pueden unir para determinar los gases constituyentes de la atmósfera del exoplaneta.
“Este resultado fue posible gracias al amplio rango de longitudes de onda y a la sensibilidad sin precedentes del Webb, que permitió una detección robusta de características espectrales con solo dos tránsitos”, afirmó Madhusudhan. “A modo de comparación, una observación de tránsitos con el Webb proporcionó una precisión comparable a ocho observaciones con el Hubble realizadas a lo largo de varios años en un rango de longitudes de onda más corto”.
“Estos resultados son el producto de sólo dos observaciones de K2–18 b, y hay muchas más en camino”, dijo el coautor Savvas Constantinou, también del Instituto de Astronomía de Cambridge. “Esto significa que nuestro trabajo aquí es sólo una demostración temprana de lo que Webb puede observar en exoplanetas de la zona habitable”.
El equipo ahora tiene la intención de realizar una investigación de seguimiento que espera valide aún más sus hallazgos y proporcione nuevos conocimientos sobre las condiciones ambientales en K2–18 b. La próxima ronda de observaciones del Webb del equipo utilizará el espectrógrafo del instrumento de infrarrojo medio ( MIRI ) del telescopio para rastrear la atmósfera de K2–18 b en busca de firmas químicas reveladoras llamadas biomarcadores, incluido el DMS, que potencialmente podrían indicar la presencia de actividad biológica.
“Nuestro objetivo final es identificar vida en un exoplaneta habitable, lo que transformaría nuestra comprensión de nuestro lugar en el Universo”, afirmó Madhusudhan. “Nuestros hallazgos son un primer paso prometedor en esa dirección”.
Sarah Collins
Publicado el 11 de septiembre de 2023
Explora la vida en el Universo con un nuevo programa de posgrado de Cambridge .
Referencia:
Nikku Madhusudhan et al. ‘ Moléculas portadoras de carbono en una posible atmósfera hicea ‘. Documento presentado en la conferencia científica del primer año del JWST . Baltimore, Maryland, EE. UU.
Esta es la historia de la semana para mí. Imagínense ser el profesor Niku. El profesor Niku es astrofísico en la Universidad de Cambridge.
Imagínese la escena. El profesor Niku estudia en silencio los datos recopilados sobre otro exoplaneta, descubierto a una distancia inimaginablemente lejana de la Tierra. Y mientras el profesor Niku observa los datos de otro exoplaneta en otro sistema solar, se dan cuenta de algo.
Aquí es donde entraría la música de suspenso durante el episodio de Netflix sobre este descubrimiento. El profesor mira fijamente los datos. No puede ser, dice.
¿Es vida? El telescopio espacial James Webb se dispone a dirigir su mirada hacia un planeta distante, K2–18b, en otro sistema solar, para investigar uno de los indicios más tentadores de vida extraterrestre jamás descubiertos. Este, amigos, podría serlo. Y nuestro protagonista, el científico que puede haber descubierto vida en el universo, es el profesor Niku Madhusudan, profesor de Astrofísica y Ciencia Exoplanetaria en la Universidad de Cambridge, que me acompaña en directo.
Muchas gracias por venir al programa. Bien, creo que ya tenemos los datos de tu vida anotados aquí. Ahora somos los propietarios de los derechos.
Cuéntanos dónde y cuándo encontraste esto.
El año pasado, hicimos algunas observaciones de este planeta con el telescopio espacial James Webb, y detectamos por primera vez moléculas que contienen carbono, como metano y CO2, en su atmósfera, y no detectamos otras moléculas como el amoníaco, lo que indica que es probable que tenga un océano debajo de la atmósfera. Pero también vimos una señal tentativa de esta molécula, el sulfuro de dimetilo, de la que no estábamos seguros, pero aun así, incluso la posibilidad misma de que esté allí es enorme.
¿Entonces, esto es sulfuro de dimetilo?
Sí. Ese es el gas importante.
¿Y por qué es tan importante ese gas?
Es importante porque en la Tierra, se produce únicamente a partir de la vida, principalmente de microorganismos en los océanos de la Tierra, y se sabe que es un biomarcador sólido si se detecta en entornos planetarios.
Se había previsto que así fuera y lo estábamos buscando. Por eso es tan importante.
¿Cuánto hay? ¿Puedes saberlo?
Aún no estamos 100% seguros. Podría ser del orden de una olla por millón.
¿Es mucho?
Es mucho para ese gas en particular. En la Tierra, sería significativamente menor.
¿De verdad?
En realidad, tenemos cantidades menores de sulfuro de dimetilo en la Tierra de las que podrían estar presentes en este planeta en particular. Vaya. Absolutamente.
Sí, vaya. Y lo que me encanta es su descripción, tal como la leí, profesor, en uno de los periódicos de hoy, de cuándo encontró esto, de cuándo se dio cuenta de que ese gas podría estar presente allí. Háblenos de ello.
No, es una actividad profunda, esta búsqueda de biomarcadores en otros lugares, porque las ramificaciones para la sociedad son enormes. Por lo tanto, incluso si detectamos la molécula, tenemos que estar muy, muy seguros de que está allí, y tenemos que estar muy seguros de que proviene de vida en otro planeta.
Hay muchos falsos positivos que pueden ocurrir, pero la perspectiva de que eso ocurra tiene enormes ramificaciones, porque la búsqueda de vida en otros lugares ha sido una de las misiones más antiguas de nuestra especie, de la humanidad. Así que, si es ahora cuando finalmente se hará realidad, será un momento trascendental y no lo tomaremos a la ligera.
Entonces leí que no pudiste dormir durante una semana. ¿Es así?
Sí, es correcto. Durante una semana, porque te golpea duro cuando ves la posibilidad de un descubrimiento tan grande. Para un científico, es algo enorme.
Este planeta también es bastante grande, ¿no? ¿Es dos veces y media más grande que la Tierra, algo así?
Así es. Sí.
Y usted piensa que debido a que este gas existe, la presencia de agua está ahí, los océanos están ahí y, por lo tanto, la vida que estaría emitiendo este gas residiría en algún lugar del fondo oceánico de algún planeta lejano.
Sí, la evidencia de los océanos proviene de otros gases que hemos detectado de manera sólida, el metano y el dióxido de carbono, y no detectamos amoníaco. Esa combinación nos dice que es muy probable que haya un océano. Necesitamos más observaciones para confirmarlo, pero la teoría del océano es muy posible. Y si detectamos este gas, si juntamos todos estos componentes, veremos que podría haber microorganismos en un mundo oceánico en otro lugar.
Pregunta tonta, profesor.
Entonces, cuando haces este descubrimiento, lo ves en los datos y piensas: “Dios mío, ¿a quién llamas? ¿A quién se lo dices?”. ¿Qué cadena hay que llevar a la cima de la cadena para decir: “Chicos, creo que he descubierto la vida”?
Bueno, me llevó aproximadamente una semana reunir el coraje para pensar siquiera que eso es algo cercano a la realidad y contárselo a mi propio grupo, a mis propios estudiantes que trabajan conmigo. Así que no llamas a nadie, te quedas en estado de shock por un tiempo. Y luego, lentamente, todos nos reunimos y trabajamos en ello durante muchos meses más antes de, semanas y meses, establecerlo sólidamente. Y luego lo publicas y así sucesivamente.
¿Y en la medida en que el telescopio James Webb está, mientras hablamos, observando este exoplaneta en particular K2–18b para ver qué imágenes puede obtener de él?
Sí, sucedió esta mañana, de hecho.
Así que ya lo hizo temprano esta mañana.
Así que tenemos las observaciones que nos están enviando ahora mismo.
Estamos esperando a que nos lleguen los datos y el análisis comenzará en cualquier momento.
¡Guau!
Entonces, ¿cuánto tiempo se necesitará para analizar esto en profundidad?
Obviamente, nos tomaremos nuestro tiempo para hacer un análisis muy minucioso. Pasarán meses antes de que podamos decir algo con certeza.
¿Cuáles son las probabilidades de haber encontrado vida?
En esta etapa, diría que son del 50%.
Es muy alto,
Lo sé, pero eso es lo que dicen los datos.
De nuevo, es una pregunta tonta, pero creo que el contexto importa. ¿Ha habido otras situaciones, otros descubrimientos en los que se haya dicho que estamos 50% veces más cerca de descubrirlo que en el pasado?
Nunca en un exoplaneta, nunca en un planeta fuera del sistema solar.
Eso es increíble. Creo, profesor, que estás a un par de meses de ser quizás la persona más famosa del mundo.
Bueno, quiero decir, me gustaría descubrir cuál es la verdad y lo dejaré ahí. Y ese es mi deber número uno aquí. Ya veremos cómo resulta.
Bueno, escuchen, cuando tengan la información, cuando crean que están listos para partir, ¿podrían llamarnos para que seamos los primeros en decirle al mundo que han descubierto vida ahí afuera?
Diré que no será tan fácil en el sentido de que no podremos detectar vida con otra observación. Probablemente nos acercará más a la verdad y eso pondrá en marcha una serie de otros estudios, teóricos y observacionales. Y, como toda buena ciencia, será gradual. No será un resultado inmediato, pero cada paso que nos acerca a la verdad es un gran paso adelante, y eso es lo que espero con ilusión. Así que tal vez no sea esta observación, un resultado irrefutable, pero tal vez en unos pocos, tal vez, no sé, tal vez en un mes, en unos pocos meses, tal vez en un año, podría llegar en cualquier momento.
Bueno, no vas a poder dormir mucho, creo.
Espero que llegue más pronto que tarde, porque vas a necesitar dormir un poco, porque pasar esas noches sin dormir durante un año va a ser un problema.
Sí, estamos acostumbrados a estas operaciones de vanguardia, así que creo que sobreviviremos.
Gracias.
Fue fantástico hablar contigo. Felicitaciones a ti y a tu equipo. Absolutamente fascinante.
El profesor Niku Matusudan, catedrático de Astrofísica y Ciencias Exoplanetarias de la Universidad de Cambridge, que dirige este estudio sobre este planeta K218b, un exoplaneta que orbita alrededor de una estrella enana roja llamada K218. Si quieres que sea un juego de niños, claro está.
Vamos, imagínatelo. Pon la radio una tarde.
Estás escuchando a este tipo parloteando. Y el programa se detiene y dices: “Solo te voy a dar la noticia”. ¿Recuerdas a ese tipo con el que hablamos hace un par de meses, el de Cambridge? Lo ha hecho.
Ha encontrado la vida. Hemos encontrado la vida, nuestra vida adecuada, no las pequeñas cosas insignificantes, sino, ya saben, la vida adecuada, adecuada en el universo. ¡Guau!
Increíble.
La investigación
Moléculas que contienen carbono en una posible atmósfera hicea
Nikku Madhusudhan , Subhajit Sarkar , Savvas Constantinou , Måns Holmberg , Anjali Piette , Julianne I. Moses
La búsqueda de entornos habitables y biomarcadores en atmósferas exoplanetarias es el santo grial de la ciencia de exoplanetas. La detección de firmas atmosféricas de exoplanetas habitables similares a la Tierra es un desafío debido a su pequeño contraste de tamaño entre planetas y estrellas y a sus atmósferas delgadas con un alto peso molecular medio. Recientemente, se ha propuesto una nueva clase de exoplanetas habitables, llamados mundos Hycean, definidos como mundos templados cubiertos de océanos con atmósferas ricas en H2. Sus grandes tamaños y atmósferas extendidas, en comparación con los planetas rocosos de la misma masa, hacen que los mundos Hycean sean significativamente más accesibles a la espectroscopia atmosférica con el JWST. Aquí informamos de un espectro de transmisión del candidato a mundo Hycean, K2–18 b, observado con los instrumentos NIRISS y NIRSpec del JWST en el rango de 0,9 a 5,2 μm. El espectro revela fuertes detecciones de metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2) con un nivel de confianza de 5σ y 3σ, respectivamente, con altas proporciones de mezcla de volumen de ~1% cada una en una atmósfera rica en H2. La abundancia de CH4 y CO2 junto con la no detección de amoníaco (NH3) son consistentes con las predicciones químicas para un océano bajo una atmósfera templada rica en H2 en K2–18 b. El espectro también sugiere posibles signos de sulfuro de dimetilo (DMS), que se ha predicho como un biomarcador observable en los mundos Hycean, lo que motiva consideraciones de posible actividad biológica en el planeta. La detección de CH4 resuelve el problema de metano faltante de larga data para exoplanetas templados y la degeneración en la composición atmosférica de K2–18 b a partir de observaciones anteriores. Discutimos las posibles implicaciones de los hallazgos, las preguntas abiertas y las observaciones futuras para explorar este nuevo régimen en la búsqueda de vida en otros lugares.
Temas:Astrofísica terrestre y planetaria (astro-ph.EP)Citar como:arXiv:2309.05566 [astro-ph.EP]
A continuación una interesante opinión sobre este descubrimiento de la Astrofísica Doctora Becky Smethurst
El telescopio espacial James Webb ha vuelto a ser noticia por razones correctas e incorrectas, después de que Nikku Madhusudhan y sus colaboradores publicaran este artículo que describe las observaciones del exoplaneta K2–18b. Por las razones correctas, porque este trabajo es realmente emocionante porque ayuda a resolver lo que se conoce como el problema del metano que falta en los estudios de exoplanetas, y también clasifica a K2–18b como un mundo jacinto, es decir, un planeta con un océano rodeado de una atmósfera de hidrógeno, de ahí el nombre de jacinto. Pero por las razones incorrectas, porque muchos medios de comunicación se han sumado a esta afirmación de la detección de sulfuro de dimetilo, que es una biofirma, un marcador de vida supuestamente en la atmósfera de K2–18b, pero que el artículo en realidad no presenta pruebas lo suficientemente sólidas, y hay muchas salvedades para las pruebas débiles que sí tienen.
Así que profundicemos en esto. Esta semana vamos a hablar, en primer lugar, de lo que ya sabemos sobre el planeta K2–18b; en segundo lugar, de cómo el JWST estudia los exoplanetas utilizando lo que se conoce como tránsito; en tercer lugar, de lo que Nikku Madhusudhan y sus colaboradores han descubierto y por qué es emocionante; en cuarto lugar, de las advertencias sobre estos resultados, especialmente sobre la afirmación del biomarcador del sulfuro de dimetilo; y en quinto lugar, ¿qué sigue? ¿Cómo confirmamos o negamos esta afirmación? Así que empecemos con el propio K2–18b. Es un exoplaneta, es decir, un planeta que orbita una estrella enana roja a 124 años luz del Sol en dirección a la constelación de Leo.
Orbita su estrella a una distancia de unos 21 millones de kilómetros, es decir, alrededor del 16 por ciento de la distancia entre la Tierra y el Sol, y tarda poco menos de 33 días terrestres en completar una sola órbita. Por lo tanto, está mucho más cerca de su estrella que la Tierra del Sol, pero las enanas rojas son mucho más pequeñas y frías que el Sol, lo que significa que K2–18b todavía se encuentra en lo que se conoce como la zona habitable, donde la cantidad de luz que recibe de una estrella significa que la temperatura del planeta, al menos dependiendo de su atmósfera, estaría en el rango adecuado para albergar vida, al menos la vida tal como la conocemos aquí en la Tierra. En realidad, recibe una cantidad de luz muy similar a la que recibe la Tierra del Sol, por lo que desde hace mucho tiempo se lo considera un candidato potencial para un mundo habitable.
Sin embargo, no es un planeta rocoso como la Tierra, ya que es 8,63 veces más pesado que la Tierra pero tiene un radio de solo 2,6 veces más ancho, lo que significa que es mucho más denso que la Tierra. Por lo tanto, en realidad se lo clasifica como un mini Neptuno. Ahora bien, hay tres formas de explicar el tamaño, la masa y la densidad de K2–18b dada la cantidad de luz que recibe de su estrella y la temperatura que probablemente tenga.
O bien es un planeta gaseoso en miniatura, como Neptuno, con una atmósfera de hidrógeno densa y profunda, o tiene un núcleo rocoso denso apenas un poco más grande que la Tierra, rodeado a su vez por una atmósfera de hidrógeno densa y profunda. Y cuando digo densa, me refiero a una presión que es como mil veces la de la atmósfera terrestre a nivel del mar. O bien es un mundo jacinto con una atmósfera de hidrógeno más delgada sobre un océano de agua denso, de ahí el nombre de jacinto.
Es una palabra compuesta de hidrógeno y océano, que, por desgracia, no estoy segura de cómo se pronuncia. Lo pronuncio como hi, de hidrógeno, y shun, de océano, por lo que es jacinto.
Pero, como está escrito en inglés, probablemente lo pronunciarías como jacinto. Estoy bastante seguro de que es jacinto. Afortunadamente, ahora deberíamos poder diferenciar estos tres escenarios con los datos correctos.
En 2021, los colaboradores de Huwen señalaron la diferente mezcla de moléculas que se obtiene con un mundo jacinto en comparación con una atmósfera espesa de hidrógeno sobre un núcleo rocoso o de gas. Eso es lo que tenemos que averiguar. ¿De qué está hecha la atmósfera de K2–18b? ¿Y cómo lo hacemos con el JWST? Bueno, esperamos hasta que el planeta en su órbita pase frente a su estrella desde nuestra perspectiva aquí en la Tierra, lo que se conoce como tránsito planetario.
Y comparamos la luz que recibimos antes del tránsito y durante el tránsito del planeta. De esa manera, podemos eliminar el aspecto que tiene la luz de las estrellas y nos quedamos solo con lo que le sucede a la luz cuando pasa a través de la atmósfera del planeta, donde las diferentes moléculas robarán diferentes longitudes de onda o colores de luz, de modo que los vemos como caídas en la cantidad de luz que recibimos. A veces, también puede verse esto representado como la cantidad de luz bloqueada, por lo que, esencialmente, es solo este gráfico, pero al revés, y obtendremos aumentos en ciertas longitudes de onda donde se absorbe más luz.
Este tipo de observación ya se había realizado antes para K2–18b, pero utilizando el telescopio espacial Hubble, que detecta la luz en el espectro óptico y, luego, en el infrarrojo cercano. Y en 2019, Benecure y sus colaboradores informaron sobre la detección de vapor de agua en la atmósfera de K2–18b. Nuevamente, este gráfico muestra la cantidad de luz absorbida en diferentes longitudes de onda, por lo que cualquier protuberancia hacia arriba es la presencia de una molécula, en este caso agua.
Esto atrajo aún más la atención hacia K2–18b en ese momento porque no solo era un planeta en su zona habitable alrededor de su estrella, sino que también tenía vapor de agua en su atmósfera. Pero estas observaciones con el telescopio espacial Hubble no podían decirnos si se trataba o no de un mundo Huygens porque las moléculas que los colaboradores de Huynh habían destacado como las que hay que buscar, como el metano y el dióxido de carbono, para determinar si se trata de un mundo Huygens o no, se absorben en la parte infrarroja del espectro y no en la parte óptica, donde mira el telescopio espacial Hubble, por eso se necesita el JWST. Así que esto es exactamente lo que Nikku Madhusudhan y sus colaboradores solicitaron hacer con el JWST.
¿Y qué encontraron? Observaron dos tránsitos de K2–18b. El primero en enero de 2023 con un instrumento llamado NIRSPEC y el segundo en junio de 2023 en longitudes de onda ligeramente más cortas con un instrumento llamado NIRIS a bordo del JWST. NIRIS también tiene una ligera superposición en el infrarrojo cercano con el telescopio espacial Hubble, lo que significó que pudieron comparar sus observaciones allí con las observaciones anteriores.
Así es como se ven los datos. Nuevamente, tenemos la cantidad de luz absorbida a lo largo del eje y, por lo que cualquier aumento hacia arriba se debe a moléculas que absorben luz en la atmósfera de K2–18b. Si agrego los datos del telescopio espacial Hubble aquí también en negro, se puede comparar cuánto cubre realmente el JWST de un rango de longitud de onda más amplio.
Lo que se ve aquí, en primer lugar los puntos naranjas y las barras de error que los rodean, son los datos más cercanos en las longitudes de onda más cortas. Luego están los puntos rojos y las barras de error asociadas a las longitudes de onda más largas tomadas con el instrumento NIRISPEC. La línea azul oscura es un espectro de modelo mucho más detallado de cómo se vería el planeta, mientras que el sombreado azul claro representa solo la incertidumbre del modelo.
Los puntos amarillos son los valores de ese modelo, pero con la resolución de los datos. Por lo tanto, para cada punto de datos de observación, ya sea en naranja o en rojo, hay un punto de modelo amarillo con el que hacer coincidir. Si el modelo se ajusta bien, debería coincidir muy estrechamente con los puntos de datos, al menos dentro de las incertidumbres de los datos.
Y todos estos aumentos en la cantidad de luz absorbida son causados por una mezcla de varias moléculas diferentes, ¿no es así? Y un ajuste óptimo tiene que determinar si la molécula está presente y en qué concentración para darte el aumento de tamaño correcto en el modelo que estás ajustando a tus datos. Ahora bien, eso es más fácil de hacer para algunas moléculas que para otras. Como por ejemplo el metano CH4, que absorbe luz en regiones donde ninguna otra molécula tiende a absorber.
Entonces, si ves un bulto ahí, sabes que solo puede haber sido creado por metano. Pero es mucho más difícil para otras moléculas como, por ejemplo, el sulfuro de dimetilo, porque absorbe la luz, mientras que otras moléculas también la absorben. Entonces, si ves un bulto ahí, podría haber sido causado por metano o sulfuro de dimetilo o algo completamente distinto.
Entonces, decimos que el sulfuro de dimetilo está degenerado con metano, esencialmente se podría confundir con metano y si se tiene un modelo de mejor ajuste, se debe tener en cuenta eso con todas las incertidumbres que conlleva. Así que aquí están esas incertidumbres representadas con estos histogramas para su modelo de mejor ajuste. Solo concéntrese en los histogramas azules aquí y verá que el modelo de mejor ajuste da una concentración de metano del 0,9 % y una concentración de dióxido de carbono del 1,7 %.
Una mezcla de moléculas que confirmó que K2–18b es un mundo hisiano. Un planeta con un océano de agua líquida rodeado de una atmósfera delgada dominada por hidrógeno. Pero también verá que Nikku Madhusudhan afirmó tener una concentración de sulfuro de dimetilo del 0,0003 %.
La molécula que entusiasmó a todo el mundo porque aquí en la Tierra el principal productor de sulfuro de dimetilo es el fitoplancton del océano. Por eso se considera una biofirma o un marcador de vida. Ahora también lo fabricamos técnicamente en procesos industriales.
Es un subproducto de la fabricación de pulpa de madera para fabricar papel, pero no se conoce ningún proceso volcánico o geológico que produzca sulfuro de dimetilo. Tampoco se conoce ningún proceso químico en la atmósfera que pueda producirlo.
Pero eso no quiere decir que en cualquier otro planeta pueda existir alguna química que aún no conocemos que pueda producir sulfuro de dimetilo. Es una situación muy similar a la que teníamos cuando encontramos fosfina en la atmósfera de Venus. Otra molécula que solo se produce por la vida y la industria aquí en la Tierra, pero seamos sinceros, en la atmósfera de Venus, que es increíblemente inhóspita, es muy probable que provenga de alguna química desconocida en la atmósfera.
Con todo el revuelo que ha generado el JWST en torno a K2–18b, ya sabes, la búsqueda de biofirmas en mundos habitables, todo el mundo estaba siempre un poco nervioso por encontrar la primera. Pero si realmente observamos las estadísticas que Nikku Madhusudhan ha encontrado en su modelo, hay una probabilidad de una entre 66 de que la detección de sulfuro de dimetilo sea solo una casualidad estadística causada por el ruido en los datos, mientras que la detección de metano que han hecho tiene una probabilidad de una entre dos millones de ser una casualidad.
Así que, si bien la afirmación de que se ha detectado metano es realmente sólida, la afirmación de que se ha detectado sulfuro de dimetilo en realidad no lo es. Ni siquiera supera los umbrales estadísticos que solemos utilizar para afirmar que se ha detectado. Así que, a partir de eso solo, no creo que podamos siquiera afirmar que hemos detectado sulfuro de dimetilo en la atmósfera de K2–18b.
Eso no quiere decir que estos resultados no sean emocionantes, porque la afirmación realmente sólida de la detección de metano no solo confirmó que se trataba de un mundo jacinto, sino que también ayudó a resolver el problema del metano que faltaba. Junto con otro estudio de investigación publicado la semana pasada por Bell y colaboradores, que recibió mucha menos prensa que este, pero que también encontró metano en concentraciones muy fuertes en la atmósfera del exoplaneta WASP-80b, se pone fin a más de una década de confusión sobre por qué no estábamos detectando metano en las atmósferas de los exoplanetas, dado lo prolífico que es en nuestro propio sistema solar.
Y, sin embargo, toda la cobertura mediática se ha centrado en el sulfuro de dimetilo porque todo el mundo quiere encontrar una biofirma a pesar del hecho de que realmente no tenemos pruebas lo suficientemente sólidas como para afirmarlo todavía, como acabamos de escuchar. No solo eso, sino que también hay una gran cantidad de salvedades sobre estos resultados. En primer lugar, Nikku Madhusudhan y sus colaboradores solo utilizaron un método para tomar los datos en bruto y extraer estos espectros de absorción que fueron su resultado final.
Lo que se denomina una canalización de datos. Una canalización porque sabes que ingresas datos sin procesar desde el telescopio y obtienes datos muy reducidos que puedes representar gráficamente como tu espectro de absorción y que tiene en cuenta todas las fuentes de ruido y tal vez el hecho de que hay algunas manchas estelares que también han estado afectando el tránsito. Pero hay muchas formas diferentes de tener en cuenta todo eso.
Ahora existen en el mundo muchos procesos diferentes de reducción de datos de exoplanetas del JWST. Un estudio de investigación investigó esto a principios de este año y descubrió que estos diferentes procesos en realidad terminan afectando los resultados y las concentraciones de las diferentes moléculas que se pueden afirmar. Y ese artículo fue escrito por Constantinou, Ghandi y Nikku Madhusudhan, el primer autor del estudio K218b.
Por lo tanto, el hecho de que solo hayan utilizado un único canal de distribución en el estudio K218b es un poco frustrante porque te hace preguntarte si los resultados podrían haber cambiado si se hubiera utilizado otro canal de distribución. Lo ideal sería que otro grupo de investigación independiente también analizara estos datos, tal vez mediante diferentes canales de distribución, y comprobara los resultados. Pero no vamos a tener eso hasta dentro de un par de meses porque los datos del JWST no se hacen públicos hasta 12 meses después de su obtención.
Por lo tanto, los datos de especificaciones cercanas se obtendrán en enero de 2024 y los datos más próximos se obtendrán en junio de 2024. Por lo tanto, para cuando la gente tenga en sus manos esos datos, los procese, los analice y publique su trabajo, todavía falta mucho. Pero la buena noticia es que tenemos un plan para seguir adelante porque ya se han planificado más observaciones de K218b para este ciclo de observaciones del JWST.
Gracias a esta propuesta de Hugh y Damiano, que planean observar K218b nuevamente con espectro cercano y a esta propuesta liderada nuevamente por Nikku Madhusudhan, que planea observar K218b con MIRI. Los datos de MIRI van a ser especialmente útiles aquí porque el instrumento MIRI a bordo del JWST observa longitudes de onda mucho más largas que las de espectro cercano o más cercano y el sulfuro de dimetilo absorbe mucho más fuertemente en esas longitudes de onda más largas, alrededor de siete micrones o algo así, y no se degenera con nada más como, por ejemplo, el metano, como ocurre en estas longitudes de onda más bajas donde no se puede distinguir cuál es el que realmente está realizando la absorción. Por lo tanto, deberíamos saber en el próximo año o dos si realmente hay sulfuro de dimetilo en la atmósfera de K218b o no y si realmente podemos afirmar que hemos detectado una biofirma con JWST.
Un gran agradecimiento por este episodio para mis colegas, el Dr. Jake Taylor, la Profesora Jane Birkby y el Dr. Ryan McDonald, quienes son todos fantásticos expertos en exoplanetas y me dieron una idea de cómo esta investigación había sido recibida en su campo. Sin embargo, por ahora, hasta que tengamos nuevas observaciones del JWST de K218b o hasta que alguien vuelva a analizar los datos actuales que tenemos para K218b, creo que debemos tomar esta afirmación de una detección de sulfuro de dimetilo en su atmósfera.
Y luego, por supuesto, el gran salto desde la presencia de sulfuro de dimetilo a la vida en ese planeta con una dosis muy saludable de escepticismo científico.
El principal productor de sulfuro de dimetilo es el fotoplancton del océano. Fitoplancton, no fotoplancton. Fíjate en física, si hay una ph al principio de una palabra, lo más probable es que el prefijo sea foto, pero en este caso es fitoplancton.
Pensé: “Oh, ¿el fitoplancton brilla?”. No. ¿Qué se llama un fallo de datos? Lo siento, con una dosis muy, muy grande, una dosis muy grande de escepticismo saludable.
(2023; Detección de metano con el JWST en la atmósfera de WASP-80b) — https://arxiv.org/pdf/2309.04042.pdf
(2019; Observaciones del HST de K2–18b y detección de agua) — https://arxiv.org/pdf/1909.04642.pdf
(2021; Predicción de las moléculas presentes en la atmósfera de un mundo hyceano) — https://arxiv.org/pdf/2108.04745.pdf
(2021; Fosfina detectada en la atmósfera de Venus) — https://arxiv.org/pdf/2009.06593.pdf
(2023; Las diferentes tuberías de reducción del JWST para datos de exoplanetas) — https://arxiv.org/pdf/2301.02564.pdf
(2013; biofirmas en atmósferas de exoplanetas) — https://arxiv.org/pdf/1309.6016.pdf
