Vida en el Universo

Rafael Martin, doctor en Astrofísica

“La irrupción de ALMA permitió detectar moléculas orgánicas en un buen número de estrellas en formación, similares al Sol”.

Rafael Martin es doctor en Astrofísica de la U. Complutense de Madrid, investigador del Center for Astrophysics de la U. de Harvard y líder del equipo que detectó, por primera vez, la molécula prebiótica glicolonitrilo (precursora de vida) en protoestrellas similares a la que dio vida a nuestro Sistema Solar.

Experto en el análisis y estudio de procesos químicos interestelares y las regiones de formación de estrellas, aquí nos habla de cómo se buscan estas moléculas en el espacio, del papel del telescopio ALMA en los últimos hallazgos y de cómo estos nos permitirán, poco a poco, comprender cómo surgió la vida en la Tierra.

 

1. ¿Qué buscan los astrónomos cuando buscan moléculas de vida en el espacio? ¿Por qué?

• Hasta el momento, la única vida que conocemos en el Universo es la que surgió en la Tierra. En la actualidad se piensa que la vida en la Tierra se originó a partir de una serie de procesos químicos en su superficie en los que estuvieron involucradas moléculas prebióticas que finalmente dieron lugar a las biomoléculas en las que se basa la vida: proteínas, cadenas de ADN, ARN, etc.

Para que esos procesos químicos tuvieran lugar en la superficie de la Tierra, fue necesario un aporte de moléculas orgánicas de modo que estuvieran disponibles a la hora de participar en dichas reacciones químicas. Se piensa que este aporte de moléculas orgánicas se realizó mediante el impacto de cometas durante la formación de la Tierra hace miles de millones de años. Este escenario es probable, puesto que se sabe que la Tierra sufrió muchos impactos de objetos del sistema solar durante su formación (prueba de ello son los cráteres que se encuentran en la Luna, que al igual que la Tierra también sufrió este “bombardeo”). Además, se ha detectado recientemente la presencia de glicina (el aminoácido más simple) y otras moléculas orgánicas en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, gracias a la misión Rosetta de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Las proteínas que encontramos en los seres vivos están formadas a partir de aminoácidos, a los que se considera el paso anterior al origen de la vida. Por tanto, podría ser posible, por ejemplo, que el impacto de cometas trajera a la Tierra aminoácidos, que una vez en la superficie de nuestro planeta se combinasen para formar proteínas, y más adelante surgiera la vida.

 

2. ¿Podría haber ocurrido eso mismo en otros planetas, entonces?

-Este mismo proceso podría haber ocurrido en otros planetas alrededor de otras estrellas. Una parte de la astrofísica se dedica por tanto a buscar moléculas orgánicas lo más complejas posibles en regiones del espacio en la que se están formando nuevas estrellas y planetas similares al Sol y el Sistema Solar. Estudiando estos sistemas se puede obtener por un lado información de cómo pudo haber ocurrido este proceso en nuestro Sistema Solar, y por otro lado conocer si la presencia de moléculas orgánicas es común en distintas zonas de nuestra galaxia. Cuanto más común sean, más probable es que procesos similares a los que dieron lugar a la vida en la Tierra se hayan repetido en otros planetas. Sin embargo, al día de hoy no se ha conseguido detectar ningún aminoácido en el espacio.

 

3. ¿Son difíciles de detectar?

– No hay que desanimarse, puesto que estas moléculas son intrínsecamente difíciles de detectar, por lo que podrían estar presentes en el espacio sin que los instrumentos con los que contamos en la actualidad sean capaces de detectarlos. Lo que sí se puede hacer es buscar en el espacio las moléculas orgánicas a partir de las cuales se formaron los aminoácidos y otras moléculas importantes para la vida (las moléculas prebióticas a las que me refería anteriormente). Se podría entender como ir un paso más atrás en el proceso del origen de la vida que va desde moléculas orgánicas pasando por moléculas prebióticas y dando lugar finalmente a la vida. En astrofísica, a aquellas moléculas orgánicas de más de 6 átomos que se consideran precursoras de moléculas prebióticas se las conoce como moléculas orgánicas complejas, o COMs por sus siglas en inglés. A pesar de que no alcanzan la misma complejidad que las moléculas prebióticas, se pueden considerar complejas si se comparan con otras moléculas comúnmente observadas en el espacio. El esfuerzo, actualmente, se centra en encontrar estas moléculas orgánicas (COMs) en regiones de formación estelar.

La irrupción de ALMA ha supuesto un gran avance en este sentido, puesto que ha permitido detectar este tipo de moléculas orgánicas en un buen número de estrellas en formación similares al Sol.

 

4. ¿Qué importancia tiene detectar moléculas o compuestos como glicolaldehído o glicolonitrilo?

-Cuando las moléculas orgánicas complejas como glicolaldehído,glicolonitrilo,o isocianato de metilo, son detectadas en las regiones de formación estelar, se tiene la confirmación de que estos sistemas cuentan con los ingredientes necesarios para que más adelante tengan lugar procesos químicos que las transforman en moléculas aún más complejas relacionadas con el origen de la vida. En el caso del isocianato de metilo (hablo de esta molécula puesto que hace algunos años publicamos un estudio sobre su detección) su fórmula química es CH3NCO. Lo interesante de esta molécula es que cuenta con el grupo NCO, que también se encuentra en las proteínas, sirviendo de enlace entre distintos aminoácidos. Por lo tanto, se piensa que la presencia de esta molécula (que paradójicamente es venenosa de manera aislada) podría favorecer la consiguiente formación de proteínas a través de diversas reacciones químicas.

 

5. ¿Qué investigación siguen luego de estos descubrimientos?

-Una vez moléculas de este tipo son detectadas en el espacio, la investigación puede tomar dos caminos, digamos hacia delante o hacia atrás.

Por un lado, es interesante conocer si la misma molécula se detecta en otras regiones de formación estelar que se encuentren en un estado evolutivo más avanzado. Cuanto más avanzado esté el proceso de formación estelar, más probable es que este tipo de moléculas puedan eventualmente llegar intactas a la superficie de algún planeta y dar lugar a los procesos químicos que comentaba en la pregunta anterior.  Para esto son útiles no solo observaciones con telescopios, sino también modelos teóricos capaces de predecir el destino de las moléculas orgánicas complejas en regiones de formación estelar. Por otro lado, también es interesante conocer cómo han llegado ahí las moléculas orgánicas complejas, es decir, cómo se han formado. En este caso, pueden llegar a ser útiles experimentos en laboratorios en los que se consigue reproducir las condiciones ambientales (muy baja presión y muy baja temperatura) en las que estas moléculas orgánicas complejas se han formado.

 

6. ¿Cómo se detectan estas moléculas? ¿Cómo es el proceso de búsqueda? ¿Qué tiene ALMA que permite detectarlas?

-Estas moléculas se detectan gracias a la radiación que emiten y que viaja a través del espacio desde las regiones en las que se está formando una estrella hasta la Tierra. Las moléculas en el espacio son capaces de excitarse (por ejemplo, por la interacción con una fuente de energía externa, como puede ser una estrella en formación que las calienta) a estados de energía más altos de lo habitual. Sin embargo, rápidamente vuelven a su estado “natural”, y ese exceso de energía que contienen es emitido en forma de radiación, es decir, fotones, que pueden ser detectados por telescopios. De manera muy simple, del mismo modo que las estrellas, que se encuentran a muy alta temperatura, emiten radiación en el rango de frecuencias visible (la luz del Sol, por ejemplo), las moléculas orgánicas complejas emiten radiación en un rango de frecuencias mucho menos energético, de manera que en lugar de un telescopio óptico se hace necesario una antena para detectar esa frecuencia.

Según la estructura de cada molécula, la radiación que emiten es de una frecuencia muy particular. Estas frecuencias pueden conocerse a través de experimentos en el laboratorio o predicciones teóricas, de manera que para cada molécula se publican la lista de frecuencias a las que emiten fotones. Cuando se observa una región de formación estelar con telescopios como ALMA, se busca si se detecta señal a la misma frecuencia a la que emiten las moléculas orgánicas complejas. Si es así, podemos afirmar que una molécula determinada se encuentra en esa región del espacio.

 

7. ¿Qué ventajas entrega el observatorio ALMA, en ese sentido?

ALMA tiene dos ventajas muy importantes. Una es que cuenta con un gran número de telescopios con un tamaño de unos 12 metros cada uno. Esto supone una superficie colectora muy grande, capaz de recoger un gran número de fotones provenientes de regiones remotas del espacio, mucho mayor que otros telescopios similares. Cuando se trabaja intentando detectar moléculas orgánicas complejas, esta característica es crucial, puesto que, al no ser muy abundantes, el número de fotones que nos llega a la Tierra no es muy alto, y necesitamos recoger el mayor número posible para poder confirmar que la señal detectada es real.  La otra ventaja de ALMA es que las antenas están muy separadas unas de otras, y esto permite conocer información de en qué parte de la región de formación estelar se encuentran las moléculas orgánicas complejas. Cuanto más cercanas están a la estrella, más cerca estarán de la región en la que se forman los planetas similares a la Tierra.

 

8. ¿Fue relevante la ubicación de ALMA en Chile para este descubrimiento?

-Un problema cuando se intentan detectar moléculas orgánicas complejas en regiones remotas de la galaxia es que su señal puede verse enmascarada por la de las moléculas de agua que se encuentran en nuestra propia atmósfera. Por lo tanto, es muy importante colocar telescopios en regiones muy poco húmedas, de manera que las moléculas de agua en la atmósfera no “molesten”.

El desierto de Chajnantor es uno de los lugares de la Tierra con menor humedad durante todo el año, y a pesar de que estas condiciones son desagradables desde el punto de vista humano, permiten realizar observaciones de manera continuada y de una gran calidad, facilitando enormemente la tarea de los astrofísicos de encontrar moléculas que estén relacionadas con el origen de la vida.