Un nuevo artículo de acceso abierto en Scientific Reports sugiere que pronto podremos buscar una firma en el espectro de la luz reflejada. El marcador del que hablan es algo visto en la Tierra, el 'borde rojo'. Es algo de lo que han hablado algunos astrónomos, pero un argumento ha sido cuán rojo es el borde rojo. Bajo la luz de diferentes estrellas, ¿no tendría sentido usar diferentes partes del espectro electromagnético?

¿Qué es un borde rojo?

La superficie de la Tierra no refleja uniformemente la luz. Absorbe más luz en ciertas longitudes de onda que en otras. Donde hay mucha cobertura vegetal, hay mucho azul y rojo absorbido por la clorofila para la fotosíntesis, y la parte no utilizada del espectro de luz visible, el verde, se refleja de vuelta.
Pero no es solo el verde lo que se refleja. Si bien las plantas usan el rojo, no usan el infrarrojo cercano, por lo que también son mucho más reflectantes en esa parte del espectro. Este cambio es algo que puedes ver por ti mismo. si coloca un filtro R720 en su cámara. La diferencia abrupta en la reflexión entre el rojo y el infrarrojo cercano se denomina borde rojo.

La gente ha usado este borde rojo como una medida del contenido de clorofila de la planta en encuestas. Debido a que todos estos son datos visuales, es el tipo de cosas que los satélites pueden buscar, lo que les permite buscar daños por incendios forestales or biomasa en zonas de difícil acceso. Por razones similares, los astrónomos pueden usarlo cuando estudian la luz reflejada de los exoplanetas, para ver si hay un borde rojo en ella. Si lo hay, será interesante, dado lo que sabemos sobre sus orígenes en la Tierra.

¿Por qué existe el Borde Rojo?

Red Edge es un ejemplo de evolución que no siempre encuentra la mejor solución porque no puede planificar el futuro. En cambio, los organismos solo pueden trabajar con las condiciones que tienen ahora. Para los primeros organismos fotosintéticos que evolucionaron en los océanos de la Tierra, eso significa que no hay luz infrarroja. Esto se debe a que la radiación infrarroja es bloqueada por más de un metro de agua. A menos que la vida pudiera encontrar un cuerpo de agua muy estable y poco profundo, el infrarrojo no sería una opción.

Esto es importante porque, si bien el infrarrojo es útil una vez que estás en tierra, primero debes llegar allí. Takizawa y su equipo argumentan que usar infrarrojos durante la fase de transición es arriesgado. Hay grandes recompensas, pero incluso un pequeño aumento en la cubierta de agua privaría de luz a un organismo. Los organismos que usan solo nuestro rango de luz visible pueden ser menos eficientes en tierra, pero son más robustos en el agua y tienen muchas más probabilidades de sobrevivir.

Esto significa que las plantas que vemos hoy todavía llevan el equipaje de sus ancestros pioneros. Esto explica por qué la vegetación de la Tierra todavía produce un borde rojo distintivo. No pueden borrar su historia evolutiva..

¿Podría la luz de otras estrellas marcar la diferencia?

Eso explica el color de la vegetación en la Tierra, pero ¿una vida similar tiene que obedecer las mismas reglas bajo otras estrellas? El equipo de Takizawa está interesado en estrellas de clase M, estrellas en el extremo rojo del espectro. Más frías y rojas, su radiación máxima se encuentra mucho más en el extremo infrarrojo del espectro electromagnético. ¿Podrían formas alternativas de fotosíntesis hacer uso de la mucho más abundante luz infrarroja bajo cielos alienígenas?
Las plantas usan la luz atrapándola en pequeños paquetes llamados fotones. La potencia de los fotones está relacionada con su longitud de onda. Los fotones azules tienen una longitud de onda corta, por lo que tienen más energía. El ultravioleta es más corto y tiene aún más energía, pero es tan poderoso que puede romper los enlaces carbono-carbono. Esto es letal para la vida basada en el carbono, por lo que realmente no se puede usar mucho. Esto pone un límite a los sistemas fotosintéticos en el extremo del espectro de longitud de onda corta.

Los fotones rojos tienen una longitud de onda mucho más larga y, por lo tanto, tienen menos energía, pero muchos más bajan a la superficie. La clorofila utiliza dos fotones para generar la energía necesaria para la fotosíntesis. Su bioquímica significa que los fotones verdes no se pueden utilizar.

Takizawa y su equipo buscaron ver si cambiar las distribuciones de fotones hacia el extremo más rojo del espectro marcaría una diferencia en la fotosíntesis de dos fotones. Descubrieron que, teóricamente, era posible un mayor uso del infrarrojo, pero la energía requerida de dos fotones significaba que no había mucho más espectro para usar. Eso significa que si hay vida en otros planetas que usan fotosíntesis de dos fotones, entonces esperaría que el borde rojo esté aproximadamente donde lo encuentra en la Tierra.

Pero también modelaron la fotosíntesis de tres y cuatro fotones. Usar más fotones significa que los propios fotones pueden ser de menor energía, lo que significa más infrarrojos. Si este método de fotosíntesis puede evolucionar, entonces el borde rojo podría desplazarse bastante hacia el infrarrojo. Pero esto depende de que los organismos desarrollen pigmentos completamente nuevos para la fotosíntesis.

¿Hay tiempo para que las plantas infrarrojas evolucionen bajo una estrella de clase M?

Si bien un sistema de fotosíntesis de cuatro fotones podría ser posible en teoría, lleva tiempo evolucionar. No sabemos cuánto tiempo, pero podemos decir que no ha evolucionado en 500 millones de años en la Tierra. Sin embargo, estamos tratando con un tamaño de muestra de uno, por lo que tal vez otros planetas puedan tener un golpe de suerte. Por otro lado, puede llevar mucho tiempo, si es que alguna vez lo hace.

Si bien esto suena pesimista, las escalas de tiempo astronómicas suelen empequeñecer las escalas de tiempo evolutivas. La Tierra existe desde hace cuatro mil quinientos millones de años. Las estrellas de clase M se queman más frías y durante más tiempo que nuestro Sol. Una estimación es que algunos exoplanetas podrían estar en la zona habitable de una estrella durante más de cincuenta mil millones de años, en comparación con la Tierra, que podría tener entre seis y ocho mil millones de años habitables. Eso no significa que otros planetas hayan tenido cincuenta mil millones de años para desarrollar formas de vida, el universo no tiene catorce mil millones de años, pero sí significa que otras formas de vida en otros planetas podrían haber tenido mucho más tiempo para encontrar soluciones.

El lado opuesto es que también tiene más tiempo para tener problemas. un comentarista de la Sueños de Centauri blog señala que la Tierra solo ha sido 'similar a la Tierra', como la llamaríamos, por un tiempo relativamente corto. Es posible que, a largo plazo, la Tierra vuelva a cambiar, en cuyo caso, "similar a la Tierra" podría ser solo una fase por la que pasan algunos planetas. Entonces, si bien un borde rojo puede significar que hay vida, puede que no sea la vida tal como la conocemos.

¿Un borde rojo tiene que ser vegetación?

Otra discusión sobre el borde rojo y la vida surgió recientemente en los Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. Es un artículo interesante porque propone que si hay vida inteligente en el universo, bien podríamos ver un borde rojo nítido en algunos exoplanetas.

La razón es el poder. Concretamente la energía solar. Lingam y Loeb decir que si existe una civilización avanzada, entonces los planetas bloqueados por mareas, planetas donde solo un lado mira hacia la estrella, son una oportunidad. En esta situación, tiene sentido cubrir el lado soleado del planeta con paneles solares y luego almacenar energía en el lado frío. Esto produciría un borde rojo artificial, en los límites de las longitudes de onda utilizadas para generar energía.

Si se encuentra un borde rojo en el espectro de luz de otra estrella, la ubicación del borde podría ser la pista de que no solo hemos encontrado algún lugar donde había vida, sino que podría ser vida inteligente.
La botánica extrasolar bien puede parecer fantasiosa, pero los exoplanetas solo se han observado durante treinta años. En los próximos treinta, la investigación botánica sobre los mecanismos fotosintéticos podría resultar muy influyente cuando los exobiólogos finalmente tengan sus primeros datos.