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Espacio

Grandes preguntas: ¿Estamos solos en el universo?

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Los científicos entrenan modelos de aprendizaje automático y diseñan instrumentos para buscar vida en otros mundos

  • por Adam Mann | traducido por
  • 15 Noviembre, 2023

'Grandes preguntas' es una miniserie que explora cómo la tecnología está ayudando a sondear algunas de las preguntas más profundas y alucinantes de nuestra existencia.

En 1977, The New York Times publicó un artículo titulado En busca del fin de la soledad cósmica, donde se describían los intentos de varios físicos para captar mensajes de radiofrecuencia de extraterrestres. El proyecto Búsqueda de Inteligencia Extraterrestre (SETI, por sus siglas en inglés), aún estaba en sus primeras fases y sus promotores luchaban por convencer a sus colegas y al Congreso de EE UU que la idea merecía ser financiada.

Casi ha transcurrido medio siglo desde la publicación de aquel artículo, la búsqueda para determinar si hay algo o alguien ahí fuera ha adquirido un mayor fundamento científico. Por entonces, los astrónomos aún no habían descubierto ni un solo planeta fuera de nuestro sistema solar. En la actualidad, sabemos que la galaxia está repleta de mundos muy diversos. Los océanos de nuestro planeta se consideraban excepcionales, mientras que las pruebas actuales sugieren que numerosas lunas del sistema solar exterior albergan aguas subterráneas.

Nuestra noción de la gama de entornos donde podría existir vida también se ha ampliado gracias al descubrimiento en la Tierra de organismos extremófilos que pueden prosperar en lugares más calientes, salados, ácidos y radiactivos de lo que antes se creía posible. Incluidas las criaturas que viven alrededor de los respiraderos hidrotermales submarinos.

Ahora, estamos más cerca que nunca de saber cuán comunes son otros mundos tan vivos como el nuestro. Nuevas herramientas, como el aprendizaje automático y la inteligencia artificial, podrían ayudar a los científicos a ir más allá de sus ideas preconcebidas sobre lo que constituye la vida. Los instrumentos del futuro olfatearán las atmósferas de planetas lejanos y escanearán muestras de nuestro sistema solar para comprobar si contienen sustancias químicas reveladoras en las proporciones adecuadas para que prosperen los organismos.

"Creo que seremos capaces de hacerlo en esta vida", afirma Ravi Kopparapu, científico planetario del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA en Maryland (EE UU). "Podremos saber si hay vida en otros planetas".

Aunque el ser humano tiene una larga historia de especulación sobre mundos lejanos, durante gran parte de ese tiempo las pruebas reales fueron escasas. Los primeros exoplanetas, los planetas que orbitan alrededor de otras estrellas diferentes al Sol, se descubrieron a principios de la década de 1990. Pero hubo que esperar hasta el lanzamiento del Kepler, el telescopio espacial de la NASA, en 2009, para que los astrónomos comprendieran lo comunes que eran. Kepler monitorizó cientos de miles de estrellas de manera meticulosa para buscar pequeñas disminuciones en su brillo como indicación del paso de planetas por delante de ellas. La misión contribuyó a que el número de exoplanetas conocidos pasara de un puñado a más de 5.500.

Kepler se construyó para ayudar a determinar la prevalencia de planetas similares a la Tierra que orbitan estrellas similares al Sol y a la distancia adecuada como para tener agua líquida en su superficie. Una región a menudo apodada como zona Ricitos de Oro. Aunque hasta el momento ningún mundo extraterrestre ha sido el gemelo perfecto del nuestro, los investigadores pueden utilizar la gran cantidad de descubrimientos para hacer conjeturas sobre cuántos podría haber. Las mejores estimaciones sugieren que entre el 10% y el 50% de las estrellas de tipo solar tienen planetas como el nuestro, esto hace que a los astrónomos les den vueltas las cabezas.

"Si es el 50%, es una locura, ¿verdad?", reconoce Jessie Christiansen, astrofísica del Caltech de Pasadena (California, EE UU). "Hay miles de millones de estrellas similares al Sol en la galaxia, y si la mitad de ellas tienen planetas similares a la Tierra, podría haber miles de millones de planetas rocosos habitables".

¿Hay alguien en casa?

Determinar si estos planetas contienen organismos no es tarea fácil. Los investigadores deben captar la débil luz de un exoplaneta, descomponerla en sus longitudes de onda constituyentes, y buscar firmas que indiquen la presencia y la cantidad de distintos tipos de sustancias químicas. Aunque a los astrónomos les gustaría centrarse en estrellas similares al Sol, hacerlo supone un reto técnico. En la actualidad, el nuevo y poderoso Telescopio Espacial James Webb (JWST, por sus siglas en inglés) de la NASA ha entrenado su espejo de 6,5 metros y sus incomparables instrumentos infrarrojos en otros mundos alrededor de estrellas más pequeñas, más frías y rojas que nuestro Sol, conocidas como enanas marrones. Estos lugares podrían ser habitables, pero, de momento, nadie está seguro.

Para que haya agua líquida en sus superficies, los planetas alrededor de las enanas marrones tendrían que orbitar cerca de sus estrellas, que suelen ser más activas que el Sol, y enviar violentas llamaradas que podrían eliminar los gases atmosféricos y dejar el suelo como una cáscara seca. El JWST ha investigado a Trappist-1, una enana marrón a 40 años luz de distancia con siete pequeños mundos rocosos, y cuatro de ellos se encuentran a la distancia adecuada como para tener agua líquida. Ya se ha demostrado que los dos exoplanetas más cercanos carecen de atmósfera, pero los científicos esperan con impaciencia los resultados de las observaciones del JWST de los siguientes tres exoplanetas. Quieren averiguar si incluso aquellos que están fuera de la zona habitable pueden tener atmósfera.

Hay un interés especial en buscar otros planetas alrededor de estrellas enanas marrones, porque son más frecuentes que las estrellas de tamaño solar. "Si descubren que tienen atmósferas, se centuplicará la superficie habitable de la galaxia", afirma Christiansen.

Una vez encontrado un planeta que se parezca mucho a la Tierra, querremos buscar indicios químicos de vida en su superficie. El JWST no es tan sensible como para hacerlo, pero futuros instrumentos terrestres como el Telescopio Extremadamente Grande, el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio de Treinta Metros -que se espera que comiencen a tomar datos en la década de 2030- podrían desentrañar los componentes químicos de mundos cercanos y similares a la Tierra. La información de objetivos más lejanos tendrá que esperar al Observatorio de Mundos Habitables, la próxima misión insignia de la NASA, cuyo lanzamiento está previsto para finales de la década de 2030 o principios de la de 2040. El telescopio utilizará una pantalla estelar externa o un instrumento denominado coronógrafo para bloquear la deslumbrante luz de una estrella y concentrarse así en la luz más tenue de un planeta y sus posibles huellas moleculares.

El objeto de debate continúa siendo qué tipo de sustancias químicas deberían buscar los astrónomos en particular. Lo ideal sería encontrar lo que se conoce como biofirmas: moléculas como el agua, el metano y el CO2 presentes en cantidades similares a las que encontramos en la Tierra. Lo que esto significa en la práctica no siempre está claro, ya que nuestro planeta ha pasado por muchos periodos donde hubo vida, pero las cantidades de las distintas sustancias químicas variaban mucho.

"¿Quieres que detecte una Tierra Arcaica de hace 2.000 o 3.000 millones de años?", pregunta Kopparapu. "¿O del Neoproterozoico, donde hubo una Tierra bola de nieve? ¿O quieres detectar la Tierra actual, donde hay mucho oxígeno libre, ozono, agua y CO2?"

Hace poco, en un exoplaneta casi nueve veces mayor que la Tierra y situado a 120 años luz, el JWST descubrió sulfuro de dimetilo, una molécula que en nuestro mundo solo producen los seres vivos. Los resultados, aún por confirmar, ponen de manifiesto la astucia de estos métodos. Si el sulfuro de dimetilo está presente en la atmósfera del planeta, la luz de las estrellas también debería descomponerlo para formar etano, una molécula que aún no se ha observado. "Ningún gas por sí solo es una biofirma", afirma el científico planetario. "Es necesario ver una combinación de ellos". En 2022, Kopparapu y otros miembros de la comunidad publicaron un informe donde hicieron hincapié en que cualquier hallazgo concreto debe situarse en el contexto de su entorno estelar y planetario. Ya que podría haber muchos resultados que apunten a la vida y, sin embargo, tengan explicaciones alternativas.

¿Por qué se cuenta como vida?

Hay un perpetuo problema en diferenciar qué es vida y qué no, ya se trate de planetas lejanos o de fenómenos terrestres. Puede que los investigadores reciban pronto la ayuda de técnicas algorítmicas capaces de desentrañar asociaciones demasiado complejas para el cerebro humano. En experimentos recientes, Robert Hazen y sus colegas tomaron 134 muestras vivas y no vivas (petróleo, meteoritos ricos en carbono, fósiles antiguos y una avispa que entró volando en su laboratorio), las vaporizaron y esparcieron sus componentes químicos. Se identificaron unos 500.000 atributos diferentes en la composición molecular de cada muestra y se analizaron con un programa de aprendizaje automático.

"Cuando observamos esos 500.000 atributos, hay patrones que son exclusivos de los seres vivos y otros patrones exclusivos de los seres no vivos", asegura Hazen, mineralogista y astrobiólogo de la Institución Carnegie para la Ciencia (Washington, EE UU).

Una vez entrenado el software con el 70% de las muestras, la técnica fue capaz de reconocer con un 90% de precisión cuáles de los elementos restantes tenían un origen biológico. El dispositivo utilizado para esparcir los componentes químicos de las muestras tiene unos 18 centímetros de largo, lo suficientemente pequeño como para ser enviado en misiones a mundos oceánicos cercanos como Europa de Júpiter o Encélado de Saturno. Perseverance, el explorador de la NASA, llevó un instrumento similar a Marte; por lo que Hazen cree que el algoritmo de aprendizaje automático de su equipo podría adaptarse para examinar sus datos y buscar organismos pasados o presentes allí. Como se basa en relaciones moleculares en lugar de detectar sustancias químicas orgánicas específicas como ADN o aminoácidos, que pueden no utilizarse en otras biosferas, el método permitiría a los científicos buscar vida distinta a la disponible en la Tierra.

Estas aplicaciones de aprendizaje automático también empiezan a utilizarse en SETI. En los últimos años, este proyecto ha pivotado hacia la búsqueda de una gama más amplia de pruebas de especies extraterrestres que utilicen herramientas. La mayoría de los expertos en este campo buscan tales tecnosignaturas, "alguna firma de tecnología detectable a distancia que podamos caracterizar con instrumentación astronómica", según define Sofia Sheikh, del Instituto SETI. Podría tratarse de una señal de radio, también de pulsos láser ópticos, gigantescos proyectos de ingeniería espacial, contaminación atmosférica e incluso sondas artificiales que lleguen a nuestro sistema solar.

En la Zwicky Transient Facility, cerca de San Diego (California, EE UU), que busca en el cielo nocturno breves destellos de luz procedentes de fuentes desconocidas, los ingenieros enseñan a la IA a identificar características que no se esperan de fenómenos naturales. "En ese momento podemos empezar a hacer preguntas", afirma Ashish Mahabal, astrónomo y científico de datos del Caltech (California). Las respuestas a estas preguntas revelarían nuevos fenómenos astronómicos o, tal vez, una estrella rodeada de enormes paneles solares para alimentar a una sociedad alienígena que consume mucha energía.

Los investigadores del SETI esperan que el uso de estas herramientas ayude a superar algunos de sus prejuicios antropocéntricos. La mayoría reconoce que nuestras expectativas sobre los seres de otro mundo están limitadas por nuestra propia experiencia. Por ejemplo, la búsqueda de señales de enormes paneles solares alienígenas a menudo "se basa en la suposición de que siempre va a haber una necesidad exponencial de energía", admite Sheikh.

Debido a todas las vías que se exploran en la actualidad, muchos científicos creen que las respuestas a nuestras preguntas sobre la vida extraterrestre no están muy lejos. Pero, en última instancia, la cuestión sobre nuestra soledad cósmica es más bien filosófica.

Durante la mayor parte de la historia de la humanidad, no creímos estar solos. Llenábamos los cielos de dioses, monstruos y criaturas míticas. Solo en la era moderna nuestra especie ha empezado a preocuparse por su lugar en el universo. Independientemente de que otra parte del universo albergue o no vida, el cosmos es nuestro hogar. Podemos elegir estar solos, o abrazar la belleza y las maravillas que nos rodean.

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