domingo, 9 de febrero de 2014

Los efectos positivos de los impactos

Autor: Alberto González Fairén

Los grandes impactos de meteoritos y cometas causan extinciones masivas, pero también han podido jugar un papel determinante en el origen y la evolución de la vida.

Los impactos de cuerpos extraterrestres (meteoritos y cometas) sobre nuestro planeta pueden tener consecuencias muy diferentes para la vida en la Tierra. Por un lado, desde que se estableció la hipótesis de que la extinción de los dinosaurios fue causada por el impacto de un meteorito, sabemos que otros muchos eventos de extinciones masivas han podido ser provocados por grandes colisiones de objetos extraterrestres. Pero, por otro lado, desde hace años es conocida la importancia que han tenido estos grandes impactos en el origen y la evolución de la vida. Investigaciones recientes están ofreciendo nuevas perspectivas sobre este papel beneficioso de los impactos sobre la biosfera. 

Comparados con la mayoría de los procesos geológicos terrestres, los impactos son eventos extremos. Cuando un meteorito o un cometa alcanza un planeta a velocidades medidas en kilómetros por segundo, forma una onda de choque (Figura 1). La onda de choque genera enormes presiones y temperaturas en el punto de impacto, desplazando materiales de forma violenta y excavando un cráter en tan solo unos instantes. Gran cantidad de rocas son fundidas o vaporizadas, y otras muchas experimentan deformaciones inducidas por la colisión. Sin embargo, toda esta violencia geológica puede facilitar la síntesis biológica. Es conocido que los cometas están formados por hielo y compuestos orgánicos sencillos (de hecho, se ha encontrado glicina, el aminoácido más sencillo, en las muestras traídas del cometa 81P/Wild-2 por la sonda “Stardust” de la NASA, ver Figura 2). Según las investigaciones de Zita Martins, del Imperial College de Londres, y sus colaboradores, cuando un cometa choca con un planeta rocoso, el impacto puede promover la síntesis de aminoácidos complejos. En sus experimentos, publicados el pasado mes de diciembre, el equipo de Martins bombardeó mezclas de hielos análogas al hielo cometario con proyectiles de acero, a grandes velocidades. El bombardeo produjo varios aminoácidos, incluyendo alanina e isovalina y sus precursores, demostrando que los impactos pueden generar los componentes básicos de las proteínas, y por tanto pueden ser un paso necesario en la síntesis biológica. Por lo tanto, en la Tierra primitiva, donde los grandes impactos eran frecuentes, la síntesis biológica promovida por la energía de las colisiones podría haber generado los ingredientes básicos para el origen y la evolución temprana de la vida. 

Figura 1: Ilustración del primer segundo tras
el impacto de un meteorito sobre la Tierra.
(© 
Carsten Egestal Thuesen, GEUS)

Figura 2: Representación del paso de la sonda “Stardust”
a través de la cola del cometa Wild 2 en enero de 2004.
(© JPL/NASA)

En una investigación relacionada, el equipo de Kieren Torres Howard, de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, ha demostrado que algunos materiales biológicos pueden sobrevivir en los productos fundidos y desplazados a grandes velocidades que generan los impactos. Ya existían con anterioridad estudios experimentales que predecían la supervivencia de compuestos orgánicos a pesar de las elevadísimas presiones y temperaturas que se producen en un proceso de impacto. Pero el grupo de Torres Howard ha identificado por primera vez material orgánico perfectamente conservado en un entorno natural: en gotas de roca fundida y recristalizada en el cráter Darwin, en Tasmania, que está datado en unos 800.000 años. El material recuperado incluye celulosa, lignina, biopolímeros alifáticos y restos de proteínas (Figura 3). El descubrimiento sugiere que es posible analizar este tipo de gotas de roca fundida y resolidificada en otros cráteres de impacto, y así obtener pistas sobre la evolución de la vida en la Tierra o en otros planetas.

Figura 3: Inclusiones de carbono cristalizado que contienen
materia orgánica, recuperados del cráter Darwin.
(© K. Torres Howard)

Finalmente, un grupo liderado por Magnus Ivarsson, del Museo de Historia Natural de Estocolmo, presentó el pasado diciembre los resultados de sus investigaciones acerca de las capacidades de los sistemas hidrotermales generados tras un gran impacto como entornos biofavorables. Es conocido que un gran impacto puede generar procesos hidrotermales si la aportación de volátiles en el entorno es suficiente: este proceso ha sido bien documentado tanto en la Tierra como en Marte. Y ya había sido propuesto con anterioridad que el hidrotermalismo asociado a impactos podría ser tan beneficioso para el establecimiento de comunidades biológicas como los sistemas hidrotermales asociados a actividad volcánica, mucho más conocidos, accesibles y estudiados. Sin embargo, la evidencia fósil de colonización microbiana en sistemas hidrotermales asociados a impactos era muy escasa. El equipo de Ivarsson documenta una gran variedad de microorganismos fósiles asociados a minerales hidrotermales en el cráter de impacto de Lockne (Suecia), excavado hace 458 millones de años (Figura 4). Los fósiles corresponden a hongos que habitaron los sistemas hidrotermales de Lockne al final del periodo Ordovícico, y demuestran que el hidrotermalismo derivado de impactos puede propiciar la colonización microbiana.

Figura 4: Estructuras filamentosas, interpretadas como
hongos, adheridas a cristales de roca.
(© Ivarsson et al., 2013)

martes, 4 de febrero de 2014

Nubes y lunas en los cielos de planetas extrasolares

Autor: Alberto González Fairén

¿Cómo es el cielo de un planeta extrasolar? Poco a poco podemos dejar a un lado la imaginación y empezar a situar nubes y lunas en los mundos que orbitan otras estrellas.

Una cuestión fundamental en la exploración de nuestro entorno cósmico es determinar si los planetas que orbitan en torno a otras estrellas, y que pueden ser adecuados para el establecimiento de procesos bioquímicos o biológicos, son comunes o exóticos en el Universo. En principio, los planetas pequeños y rocosos del tipo de la Tierra son los candidatos principales para tener los ingredientes básicos que precisan los seres vivos. Un equipo de investigadores liderado por Erik Petigura, de la Universidad de Berkeley, publicó en noviembre los resultados de sus análisis de más de 42.000 estrellas del tipo del Sol. Usaron datos del telescopio espacial Kepler, analizando la disminución en la cantidad de luz recibida cuando los planetas pasaban por delante de su estrella, vistos desde la Tierra (Figura 1). Sus resultados revelaron que aproximadamente el 11% de las estrellas tipo Sol tienen un planeta tipo Tierra en órbita, definidos como planetas con una masa entre 1 y 2 veces la masa de nuestro mundo y que reciben entre 0.25 y 4 veces la energía estelar que recibe la Tierra. La mitad de estos planetas presentan un periodo orbital similar al de la Tierra, siendo sus años de entre 200 y 400 días. El más cercano de estos planetas tan familiares está relativamente cerca de nosotros, a 12 años luz. Para ser potencialmente habitables, estos planetas tienen que estar en la “Zona de Habitabilidad” de sus estrellas, el anillo circumestelar donde debe situarse la órbita del planeta para, teóricamente, reunir las condiciones en su superficie que permitirían la existencia de agua líquida.

Figura 1: Disminución del brillo de una estrella durante
el tránsito de un planeta. (© 
G. Pérez, IAC, SMM)

Sin embargo, los planetas más comunes en nuestra Galaxia parecen ser los denominados “supertierras”, planetas con un tamaño intermedio entre la Tierra y Neptuno. Las “supertierras” son objeto de constante análisis, y un campo de estudio relativamente reciente es el examen de sus atmósferas. El equipo de Laura Kreidberg, de la Universidad de Chicago, ha estudiado en detalle la “supertierra” GJ 1214b (Figura 2), que tiene una masa de 6.5 veces la de la Tierra, y que se encuentra a 42 años luz de nosotros, orbitando en torno a una estrella enana roja en un periodo de 38 horas. Desde hace 5 años sabemos que GJ 1214b tiene atmósfera, ya que su densidad es demasiado baja como para que todo su diámetro corresponda a un cuerpo sólido sin envoltura gaseosa. A medida que el planeta pasa por delante de su estrella, en un tránsito que dura unos 50 minutos visto desde la Tierra, una parte de la luz se filtra a través de la atmósfera, lo que permite deducir su composición (Figura 3). En observaciones anteriores realizadas con telescopios desde la superficie de la Tierra, no se habían observado patrones distintivos en su atmósfera, lo que parecía indicar la presencia de capas de nubes muy densas que impedirían el paso de la luz de la estrella a su través. Una explicación alternativa podría ser que la atmósfera estuviera constituida por moléculas muy pesadas (como el agua) y no por elementos más ligeros como el hidrógeno, y en este caso la gravedad del planeta comprimiría su atmósfera hasta formar una capa muy fina y muy densa, carente de nubes. En enero de este año, el equipo de Kreidberg no fue capaz de identificar la presencia de moléculas de agua después de analizar 15 tránsitos, basándose en observaciones en el infrarrojo cercano obtenidas mediante el telescopio espacial Kepler. Por lo tanto, si en la atmósfera de GJ 1214b no hay agua, debe contener densas nubes. Estas nubes no se parecen en absoluto a las nubes de la Tierra, debido a las temperaturas y presiones en la atmósfera de GJ 1214b. Podrían estar formadas por compuestos de azufre y zinc, o de potasio y cloro, ya que estos compuestos se podrían condensar en microgotas y generar nubes en las condiciones atmosféricas del planeta. Estos datos representan la primera caracterización de la atmósfera de un planeta extrasolar más pequeño que Neptuno.

Figura 2: Comparación de los tamaños de la Tierra,
GJ 1214b, y Neptuno. (© 
CC-BY-SA, by Aldaron)

Figura 3: Representación artística de GJ 1214b.
(© NASA, ESA, G. Bacon)

Además de nubes, es lógico imaginar que algunos de estos planetas extrasolares deben tener lunas en sus cielos. Hasta ahora no teníamos datos observacionales acerca de la presencia de satélites en torno a planetas extrasolares. Pero es posible que la primera detección ya esté disponible. En una noche de junio de 2011, un telescopio en Nueva Zelanda capturó el incremento momentáneo del brillo de una estrella en la región interna de la Galaxia. Este incremento del brillo es un fenómeno conocido que sucede cuando un objeto (estrella, planeta) pasa directamente entre la Tierra y una estrella más distante, magnificando gravitacionalmente la luz de esta estrella más lejana. En cuanto que el incremento del brillo fue detectado desde Nueva Zelanda, otros telescopios en el hemisferio sur complementaron la observación esa misma noche. Con todas las medidas obtenidas acerca de la variación del brillo esa noche, un grupo de investigadores liderado por David Bennett (Universidad de Notre Dame, Indiana) ha podido obtener algunas pistas acerca del tipo de objeto que pasó por el campo de visión de los telescopios. El incremento del brillo no fue un evento puntual, si no que se extendió durante un tiempo, indicando que se trataba del tránsito de dos cuerpos diferentes. Debido a que desconocemos las distancias relativas entre la Tierra, los cuerpos en tránsito y la estrella más lejana, el problema tiene dos posibles soluciones: o bien los cuerpos en tránsito están muy lejos y son una estrella pequeña con un planeta del tamaño de Neptuno en órbita, o bien están cerca y la observación corresponde al tránsito de un planeta de unas 4 veces la masa de Júpiter con una luna en órbita de masa 0.5 veces la de la Tierra. El problema es que no hay forma de repetir la observación para poder discriminar entre estas dos posibilidades, y los investigadores involucrados han tomado la decisión de no comentar el posible descubrimiento hasta que esté publicado en una revista científica. Por lo tanto, sólo nos queda esperar para saber si hemos descubierto ya exolunas o si aún debemos seguir buscando.

Figura 4: Explaneta con exoluna en órbita.
(© 
NASA/JPL-Caltech)
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