Un nuevo estudio describe varios escenarios en los que un planeta rocoso sin vida alrededor de una estrella similar al sol podría evolucionar para tener oxígeno en su atmósfera.
Los nuevos hallazgos, publicados en AGU Advances, destacan la necesidad de telescopios de próxima generación que sean capaces de caracterizar entornos planetarios y buscar múltiples líneas de evidencia de vida además de detectar oxígeno.
"Esto es útil porque muestra que hay formas de obtener oxígeno en la atmósfera sin vida, pero hay otras observaciones que puede hacer para ayudar a distinguir estos falsos positivos de los reales", dijo en un comunicado el primer autor Joshua Krissansen-Totton, en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de la UC Santa Cruz.
"Para cada escenario, tratamos de decir lo que su telescopio necesitaría poder hacer para distinguir esto del oxígeno biológico".
Los investigadores basaron sus hallazgos en un modelo computacional detallado de extremo a extremo de la evolución de los planetas rocosos, comenzando desde sus orígenes fundidos y extendiéndose a lo largo de miles de millones de años de enfriamiento y ciclos geoquímicos. Al variar el inventario inicial de elementos volátiles en sus planetas modelo, los investigadores obtuvieron una gama sorprendentemente amplia de resultados.
El oxígeno puede comenzar a acumularse en la atmósfera de un planeta cuando la luz ultravioleta de alta energía divide las moléculas de agua de la atmósfera superior en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno liviano se escapa preferentemente al espacio, dejando atrás el oxígeno. Otros procesos pueden eliminar el oxígeno de la atmósfera.
El monóxido de carbono y el hidrógeno liberados por la desgasificación de la roca fundida, por ejemplo, reaccionarán con el oxígeno, y la meteorización de la roca también absorbe el oxígeno. Estos son solo algunos de los procesos que los investigadores incorporaron en su modelo de evolución geoquímica de un planeta rocoso.
"Si se ejecuta el modelo para la Tierra, con lo que pensamos que era el inventario inicial de volátiles, se obtiene de manera confiable el mismo resultado cada vez: sin vida, no se obtiene oxígeno en la atmósfera", dijo Krissansen-Totton. "Pero también encontramos múltiples escenarios en los que se puede obtener oxígeno sin vida".
Por ejemplo, un planeta que se parece a la Tierra pero que comienza con más agua terminará con océanos muy profundos, lo que ejercerá una inmensa presión sobre la corteza. Esto detiene efectivamente la actividad geológica, incluidos todos los procesos como el derretimiento o la erosión de las rocas que eliminarían el oxígeno de la atmósfera.
En el caso contrario, donde el planeta comienza con una cantidad relativamente pequeña de agua, la superficie del magma del planeta inicialmente fundido puede congelarse rápidamente mientras el agua permanece en la atmósfera. Esta "atmósfera de vapor" pone suficiente agua en la atmósfera superior para permitir la acumulación de oxígeno a medida que el agua se rompe y el hidrógeno se escapa.
"La secuencia típica es que la superficie del magma se solidifica simultáneamente con el agua que se condensa en océanos en la superficie", dijo Krissansen-Totton.
"En la Tierra, una vez que el agua se condensaba en la superficie, las tasas de escape eran bajas. Pero si retienes una atmósfera de vapor después de que la superficie fundida se ha solidificado, hay una ventana de aproximadamente un millón de años en que el oxígeno puede acumularse porque hay altas concentraciones de agua en la atmósfera superior y no hay superficie fundida para consumir el oxígeno producido por el escape de hidrógeno ".
Un tercer escenario que puede conducir a la presencia de oxígeno en la atmósfera involucra a un planeta que por lo demás es como la Tierra, pero comienza con una proporción más alta de dióxido de carbono a agua. Esto conduce a un efecto invernadero desbocado, lo que hace que sea demasiado caliente para que el agua se condense de la atmósfera en la superficie del planeta.
"En este escenario similar a Venus, todos los volátiles comienzan en la atmósfera y pocos quedan en el manto para desgasificarse y absorber oxígeno", dijo Krissansen-Totton.
Señaló que los estudios anteriores se han centrado en los procesos atmosféricos, mientras que el modelo utilizado en este estudio explora la evolución geoquímica y térmica del manto y la corteza del planeta, así como las interacciones entre la corteza y la atmósfera.
"No es computacionalmente intensivo, pero hay muchas partes móviles y procesos interconectados", dijo.
grb