La diferenciación planetaria es clave para que surja vida extraterrestre

Source: The Conversation – (in Spanish) – By Josep M. Trigo Rodríguez, Investigador Principal del Grupo de Meteoritos, Cuerpos Menores y Ciencias Planetarias, Instituto de Ciencias del Espacio (ICE – CSIC)

¿Cuáles son las claves para que se forme un planeta apto para la vida? Un nuevo trabajo de investigación liderado por el equipo del astrónomo Craig Walton, de la Universidad de Cambridge, intenta responder a esta pregunta.

Todo comienza con el crecimiento de los planetas metalorrocosos –como la Tierra–, un proceso conocido como diferenciación química planetaria. Los planetas crecen progresivamente a partir de la acreción –adición de materia– de asteroides con entre decenas y cientos de kilómetros de diámetro. El calor retenido tras los impactos, junto al que se produce como consecuencia de la desintegración de elementos radioactivos, participará en el calentamiento interno de los embriones planetarios.

Al final de esa fase, los cuerpos planetarios de alrededor de mil kilómetros de diámetro se funden y tiene lugar la segregación química de sus componentes. Así se forman el núcleo metálico, el manto y la corteza, un proceso de diferenciación en capas que ahora se revela como clave en la capacidad de que un planeta origine organismos vivos.

La diferenciación de los cuerpos planetarios

Esta dinámica conlleva la segregación interna de los elementos químicos en función de sus afinidades. Los metales crean aleaciones con el hierro y, con excepción del abundante níquel, pasan a formar parte de los núcleos planetarios.

El fósforo, un elemento ligero con carácter no metálico y con un papel esencial para la vida, es retenido en el fundido de esos metales. Hasta un 4 % en masa del fósforo es soluble en el sólido rico en hierro que coexiste con el líquido metálico a las altas presiones (del orden de decenas de gigapascales) que se registran en los interiores planetarios.

Sin embargo, pueden cambiar significativamente las temperaturas de fusión y las composiciones de los líquidos y sólidos coexistentes.

La proporción de elementos, un proceso complejo

El nuevo trabajo de Craig Walton nos revela que los elementos básicos para la vida que deben estar presentes en las superficies planetarias están directamente relacionados con una combinación de tres factores:

• La herencia de la composición global del sistema en el que se formó.

• La modificación parcial de dicha composición por el proceso de diferenciación del planeta.

• La partición interna de los elementos entre el núcleo y el manto, en función de la llamada fugacidad del oxígeno. Este concepto se refiere a la cantidad de oxígeno disponible para reaccionar con otros elementos claves, como el hierro y el carbono, que pueden existir en la naturaleza con múltiples estados de valencia.

El azar también juega su papel, dado que los estudios astrofísicos sobre la composición de las estrellas sugieren que existen en la galaxia diferencias químicas significativas. Estas dan lugar a variaciones en las abundancias relativas de los elementos indispensables para la biología.

Dicha “dispersión cosmoquímica” está relacionada con esa variabilidad local en las abundancias galácticas de fósforo y nitrógeno. Hoy en día conocemos unos 6 000 exoplanetas alrededor de otras estrellas, aunque no deberíamos esperar que tuviesen una composición similar a la Tierra.

Para ejemplificarlo, los investigadores crearon una figura (abajo) que muestra la dispersión esperable en las proporciones de fósforo (P) y nitrógeno (N) que acaba estando disponible en el manto de los exoplanetas, porque no todos los sistemas estelares forman planetas con la misma composición.

En las galaxias, de manera natural, se dan variaciones significativas en las abundancias relativas de esos elementos claves para la vida, en relación con los elementos formadores de rocas, de ahí las diferentes posibilidades representadas en la gráfica.

La receta química de la vida podría ser universal, pero no siempre reproducible

Así, que la vida no sea tan común en la galaxia podría explicarse por esos procesos previos de diferenciación química y por las propias carencias en elementos químicos que se pueden dar en otros entornos planetarios.

Para que surja la vida en otros mundos, los elementos esenciales deben estar allí en el momento justo de consolidación del manto y la corteza. Eso no parece trivial, debido a los procesos geofísicos que a la postre redistribuyen en el interior planetario elementos claves como el fósforo y el nitrógeno. Por tanto, tales procesos actuarían limitando las probabilidades de que la vida floreciese.

Es algo a tener muy en cuenta en la búsqueda de vida remota, cuando se analizan las características químicas de los exoplanetas que van descubriendo. El reto es de primerísima magnitud, por la dificultad de conseguir espectros que permitan inferir los elementos formativos de esas atmósferas durante los tránsitos que algunos planetas sufren al pasar por delante del disco de sus estrellas.

En cualquier caso, ahora que comenzamos a identificar las especies químicas presentes en sus atmósferas, habrá que desarrollar modelos para ver cómo se correlacionan con la composición química de las superficies. Sin perder de vista que el propio azar podría jugar un papel y poner barreras a la vida en otros mundos.

Josep M. Trigo Rodríguez recibe fondos del proyecto del Plan Nacional de Astronomía y Astrofísica PID2021-128062NB-I00 financiado por el MICINN y la Agencia Estatal de Investigación.

– ref. La diferenciación planetaria es clave para que surja vida extraterrestre – https://theconversation.com/la-diferenciacion-planetaria-es-clave-para-que-surja-vida-extraterrestre-276659