Por Ximena Abrevaya, astrobióloga, investigadora del CONICET –

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Recientemente publicamos un trabajo titulado “The UV surface habitability of Proxima b: first experiments revealing probable life survival to stellar flares” (“La superficie habitable UV de Proxima b: primeros experimentos revelando probable supervivencia de vida a fulguraciones estelares”). Lo que sigue es un resumen sobre este nuevo estudio en el que utilizamos un nuevo enfoque interdisciplinario para estudiar la habitabilidad del exoplaneta Proxima Centauri b en lo que refiere a la radiación ultravioleta (UV).

Proxima Centauri b fue descubierto en 2016 y es el planeta terrestre más cercano al Sistema Solar que ha sido detectado hasta entonces. Una característica que lo hace relevante de ser estudiado es que, además de ser un planeta de “tipo terrestre” -esto quiere decir que es un cuerpo planetario rocoso con masa cercana a la de la Tierra-, se encuentra dentro de lo que se llama “zona de habitabilidad”, una región alrededor de la órbita de una estrella donde encontramos condiciones adecuadas para que pueda existir agua en estado líquido en la superficie planetaria. Esto es de relevancia para definir zonas habitables ya que el agua es un requisito esencial para que exista vida “tal como la conocemos”.

Próxima Centauri b, o resumidamente Proxima b, orbita a la estrella Proxima Centauri, que le da su nombre. Esta estrella forma parte del sistema de Alfa Centauri, y está en una región del cielo que se identifica como “Constelación de Centauro”, a una distancia de alrededor de 4.2 años luz de la Tierra, lo que es unos 40 billones de kilómetros (4 seguido de trece ceros). Proxima Centauri es una estrella diferente al Sol, es menos masiva y más fría, y pertenece a un grupo que se clasifica bajo el nombre de estrellas M o “enanas rojas” (a diferencia del Sol que es una estrella de tipo G). Las estrellas M son las más abundantes en nuestra galaxia, la Vía Láctea.

En el caso del trabajo llevado a cabo por nuestro equipo de investigación, estudiamos la radiación UV proveniente de Proxima Centauri que llega a la superficie de Proxima b en condiciones estelares de reposo (quiescencia) y durante períodos de actividad (fulguraciones). Las fulguraciones estelares son eventos durante los cuales las estrellas emiten repentinamente grandes cantidades de radiación. Esta radiación es capaz de llegar a los planetas que las orbitan, afectando de esta manera la posibilidad de que exista vida en la superficie planetaria. Algunas de estas fulguraciones superan en muchos órdenes de magnitud los valores de radiación basal o de “quiescencia” de la estrella, que es lo que se conoce como super-fulguraciones.

Como las enanas rojas son más frías que el Sol, los planetas que se encuentran dentro de la zona habitable de agua líquida están más cerca de la estrella en comparación a la Tierra con el Sol. Por otro lado, las enanas rojas como Próxima Centauri son estrellas que emiten fulguraciones frecuentes.

En resumen, el estudio de las fulguraciones en planetas que orbitan este tipo de estrellas resulta relevante dada la cercanía del planeta a la estrella en función de la emisión de fulguraciones, en muchos casos muy potentes, lo que puede ser determinante para la existencia de vida en la superficie planetaria.

Durante las fulguraciones se emiten distintos tipos de radiación, pero en nuestro estudio nos enfocamos en el rango de radiación UV emitido durante las fulguraciones porque es aquel que puede llegar a la superficie del planeta dependiendo de la existencia de atmósfera planetaria. La intensidad y longitud de onda de la radiación que llega a la superficie planetaria varía de acuerdo de su composición y presión atmosférica.

Para la primera parte del estudio asumimos composiciones atmosféricas planetarias basadas en CO2 y N2 y presiones superficiales en un rango de 100 a 5000 mbar. Esto se basa en estudios previos que sostienen que planetas que orbitan estrellas M tienen menos chances de poseer atmósferas ricas en oxígeno y por ende poseer ozono. Es bien sabido que el ozono es capaz de apantallar parte de la radiación UV más dañina como la UVC y parte de la UVB, tal como ocurre en la Tierra actual.

Utilizamos un modelo computacional de transferencia radiativa para estimar el apantallamiento UV considerando estas condiciones en Proxima b. Nuestros resultados muestran que la combinación de estas composiciones y presiones atmosféricas en Próxima b serían capaces de proporcionar suficiente “apantallamiento” contra las longitudes de onda UV más dañinas (UVC y UVB), expandiendo de esta forma las composiciones atmosféricas planetarias “protectoras al UV” más allá del ozono. Además, demostramos que la radiación UV que llega a la superficie de Proxima b durante condiciones de reposo sería insignificante desde el punto de vista biológico, incluso sin una atmósfera. Por lo tanto los niveles basales de UV en principio no impedirían la vida tal como la conocemos sobre la superficie de este planeta.

¿Pero qué sucede con niveles de radiación elevados que llegan a la superficie planetaria durante las fulguraciones?. Esto formó parte de la segunda parte de este estudio, dado que los altos flujos de UV emitidos por fulguraciones podrían ser dañinos para vida tal como la conocemos, entonces, decidimos testear experimentalmente el efecto que las erupciones tendrían sobre los microorganismos en el “peor de los casos” (sin protección contra los rayos UV). Postulamos el peor escenario posible para estudiar el caso de la supervivencia de vida expuesta a la radiación UV de los flares: que no exista ningún apantallamiento al UV, ni provisto por una atmósfera, ni por un océano, ni por características de los organismos, como la formación de biofilms, o por compuestos que absorban el UV en medio líquido. 

Para nuestro estudio consideramos formas de vida simples, como microorganismos, porque partimos de la base de que sería más factible encontrar formas de vida más sencillas (unicelulares) en otros planetas que formas de vida complejas (multicelulares). 

Hicimos experimentos en condiciones de laboratorio para testear si microorganismos podrían sobrevivir en un ambiente que recibe radiación UV de fulguraciones (en particular UV-C, que es un rango dentro del UV que es el más dañino).  Para ello irradiamos, en medio líquido, dos tipos de microorganismos muy diferentes entre sí, una bacteria que es patógena de humanos (Pseudomonas aureginosa) y una archaea halófila, un tipo de microorganismo que es considerado relativamente tolerante al UV y que vive en hábitats hipersalinos, como por ejemplo el Mar Muerto, de dónde este microorganismo fue aislado (Haloferax volcanii).

Los irradiamos con la misma cantidad de radiación UV-C (tasa de fluencia) que recibirían si estuviesen en la superficie del planeta, sin ningún tipo de protección a esta radiación, y por distintos tiempos, considerando la duración temporal de estas fulguraciones.

Consideramos la cantidad de radiación UV-C de una fulguración promedio y la de una superfulguración, e hicimos experimentos con ambas condiciones por separado.

Luego de irradiarlos evaluamos la supervivencia. Nuestros reultados mostraron que, independientemente del tipo de microorganismo, la tasa de supervivencia decrece hasta llegar a un límite inferior, donde hay una subpoblación de microorganismos de sobrevive aún a las cantidades mayores de radiación que hemos utilizado.  

Nuestros resultados muestran el impacto que una fulguración típica y una super fulguracion tendrían en la vida: cuando los microorganismos reciben fluencias muy altas de UVC, como los que se espera que lleguen a la superficie de Proxima b después de una fulguración o una superfulguración, una fracción de la población es capaz de sobrevivir.

De esta forma nuestro estudio sugiere que la vida podría hacer frente a entornos altamente irradiados con UV en exoplanetas en condiciones que no se encuentran en la Tierra actual. Esto es destacable, ya que por ejemplo la radiación UVC no llega a la superficie terrestre y por ende los microorganismos no se encuentran naturalmente expuestos a ella.

Este trabajo testea por primera vez el efecto de fulguraciones y superfulguraciones sobre la vida de manera experimental, ya que los estudios previos en el tema estaban basados en abordajes teóricos o simulaciones computacionales. Algunos trabajos previos habían subestimado, incluso, la potencialidad de la vida de sobrevivir a super-fulguraciones.

Este trabajo es parte del programa “EXO-UV” (Abrevaya et al. 2014) una colaboración interdisciplinaria internacional entre biólogos y astrofísicos que busca expandirla caracterización de ambientes irradiados por UV en exoplanetas, a través de abordajes experimentales.

Por otro lado es un esfuerzo llevado adelante por el Núcleo Argentino de Investigación en Astrobiología junto a investigadores del exterior. Participaron investigadores de Argentina, Austria y Reino Unido, y las instituciones intervinientes fueron:
-Instituto de Astronomía y Física del Espacio (UBA – CONICET), Buenos Aires, Argentina
-Institute für Physik, IGAM, Karl-Franzens Graz Universität, Graz, Austria 
-Centro Atómico Constituyentes, Comisión Nacional de Energía Atomica, Buenos Aires, Argentina 
-School of Physical Sciences, The Open University, Milton Keynes, United Kingdom

El trabajo completo que fue publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, se puede descargar aquí

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