Los científicos han descubierto una nueva forma en que se puede formar oxígeno en atmósferas ricas en dióxido de carbono de mundos más allá del nuestro, desafiando las suposiciones sobre cómo deberíamos buscar vida en otros planetas y posiblemente sobre los orígenes de la vida misma.
“La mayor parte de la búsqueda de vida, o señales de vida, en otros planetas en realidad está demostrando que cualquier cosa que observemos puede generarse a través de medios que no requieren vida”, dijo David Benoit, profesor titular de Física Molecular y Astroquímica de la Universidad de Hull. El Centro EA Milne de Astrofísica, que no participó en el estudio, dijo a Space.com. “Este estudio muestra otra vía para producir oxígeno molecular que antes no siempre se consideraba viable”.
Antes del aumento masivo del oxígeno atmosférico (O2) en Tierra Durante el Gran Evento de Oxidación hace aproximadamente 2.400 millones de años, cuando las cianobacterias que vivían en los océanos comenzaron a producir oxígeno a través de la fotosíntesis, la atmósfera primitiva de nuestro planeta estaba dominada por dióxido de carbono (CO2) con sólo trazas de oxígeno.
“Esas moléculas de O2 se produjeron exclusivamente mediante procesos abióticos. [non-biological] procesos”, escribe el equipo de investigadores dirigido por Shan Xi Tian y Jie Hu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
Tian y Hu dicen que estaban fascinados con cómo se formó este oxígeno atmosférico primitivo, e informaron sobre un nuevo mecanismo a través del cual eso podría haber sucedido.
Otros, por su parte, proponen la formación del oxígeno mediante mecanismos como la conocida como reacción de “recombinación de tres cuerpos” de dos oxígenos. átomos o la disociación del CO2 bajo luz ultravioleta. Algunos creen que también es posible que la sustancia se haya producido a través de reacciones específicas con electrones. “Sin embargo, encontramos una vía claramente diferente para producir O2 a partir de CO2 molecular”, dijo Tian a Space.com. “Es decir, mediante la reacción de los iones de helio. [He+] con CO2.”
La mayoría de los iones de helio se producen cuando partículas alfa en el viento solar interactúan con las moléculas de la atmósfera superior, creando partículas cargadas conocidas como iones que luego reaccionan con el CO2 y luego podrían formar O2. “Esta reacción debería observarse en la atmósfera superior de Marteporque allí existen muchos iones He+ (debido a los vientos solares) y CO2″, explicó Hu.
Sin embargo, aunque se confirmó que estas reacciones crean varios iones, como O+, O2+ y CO2+ en la ionosfera marciana, todavía no hay evidencia que diga que el O2 se forma de esta manera.
Para probar su teoría, los científicos emplearon espectrometría de masas de tiempo de vuelo (TOF), una técnica que determina la relación masa-carga de iones en fase gaseosa midiendo la tiempo les toma recorrer una distancia conocida dentro de un instrumento llamado espectrómetro. Este método se basa en el principio de que los iones, acelerados por un campo eléctrico de intensidad conocida, adquieren diferentes velocidades dependiendo de sus relaciones masa-carga y, por tanto, llegan al detector en diferentes momentos.
Pero Hu y Tian llevaron esto un paso más allá, combinando TOF con lo que se conoce como “aparato de haz cruzado” y “mapas de velocidad de iones” para tratar de dilucidar cualquier mecanismo posible que produzca oxígeno molecular. En esta configuración, dos haces de partículas (CO2 y He+) se cruzaron en condiciones controladas, lo que permitió que se produjeran reacciones en el punto de colisión.
Los productos resultantes fueron ionizados; sus relaciones masa-carga se determinaron en función del tiempo que les llevó llegar al detector. Al mismo tiempo, el mapeo de la velocidad de los iones registró las trayectorias y velocidades de los iones, proporcionando información detallada sobre sus energías.
En general, el equipo pudo reconstruir las vías de reacción y obtener información crítica sobre los procesos paso a paso que conducen a la formación de oxígeno a partir de estos dos materiales de partida.
“Este es un hallazgo útil que demuestra que la colisión de helio con los tipos de energía que observaríamos en los vientos solares puede generar oxígeno molecular cuando choca con dióxido de carbono”, dijo Benoit. “La eficiencia del proceso parece ser similar a la de la colisión de dióxido de carbono con electrones de baja energía, que fue investigada hace unos años por el mismo grupo de investigación”.
Debido a que la vida en la Tierra está estrechamente ligada a las concentraciones de oxígeno, los científicos han estudiado durante mucho tiempo el oxígeno atmosférico como un marcador potencial de habitabilidad en otros mundos, especialmente teniendo en cuenta que la mayor parte del oxígeno en la Tierra es producido por organismos vivos. Sin embargo, esta investigación demuestra que el oxígeno también se puede formar a través de procesos abióticos o procesos que no tienen su origen en los organismos vivos. Así, si mecanismos similares operan en otros planetas con atmósferas ricas en CO2, el oxígeno podría existir incluso en ausencia de vida.
Este descubrimiento, sin embargo, no significa que los astrónomos sacarán conclusiones apresuradamente o que la búsqueda de vida en exoplanetas se verá descarrilada por falsas firmas biológicas positivas.
Benoit enfatizó que la validación cruzada con modelos astroquímicos y observaciones experimentales fortalecería los hallazgos. Por ejemplo, la detección simultánea de dióxido de carbono, helio y oxígeno en una exoplaneta podría validar esta vía como un mecanismo importante para la producción de oxígeno molecular.
“Este nuevo mecanismo probablemente se incorporará en futuros modelos utilizados para predecir las atmósferas de otros planetas”, dijo Benoit, “y nos ayudará a explicar mejor las cantidades de oxígeno que podríamos encontrar allí”.