La diferenciación planetaria es clave para el origen de la vida extraterrestre

¿Cuáles son las claves para formar un planeta habitable? Un nuevo trabajo de investigación dirigido por el equipo del astrónomo Craig Walton, de la Universidad de Cambridge, intenta responder a esta pregunta.

Todo comienza con el crecimiento de planetas metálicos pedregosos, como la Tierra, en un proceso conocido como diferenciación química planetaria. Los planetas crecen progresivamente a partir de la acreción -la adición de materia- de asteroides de entre decenas y cientos de kilómetros de diámetro. El calor retenido tras el impacto, junto con el calor generado como consecuencia de la desintegración de los elementos radiactivos, participará en el calentamiento interno de los embriones planetarios.

Al final de esta fase, los cuerpos planetarios con un diámetro de unos mil kilómetros se funden y se produce la segregación química de sus componentes. Así es como se forman el núcleo metálico, el manto y la corteza, un proceso de diferenciación en capas que ahora se revela como clave para la capacidad del planeta para crear organismos vivos.

La tabla periódica de elementos está escalada para mostrar la abundancia de elementos en la superficie de la Tierra. Para los que son más abundantes, las cajas son más grandes. William F. Sheehan/Universidad de Santa Clara, CC BI Diferenciación de cuerpos planetarios

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

El fósforo, elemento ligero de carácter no metálico e imprescindible para la vida, se retiene en la fusión de estos metales. Hasta un 4% en masa de fósforo es soluble en la materia sólida rica en hierro que coexiste con el líquido metálico a las altas presiones (del orden de decenas de gigapascales) registradas en el interior planetario.

Sin embargo, pueden cambiar significativamente las temperaturas de fusión y la composición de líquidos y sólidos coexistentes.

Proporción de elementos, un proceso complejo

Un nuevo trabajo de Craig Walton 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:

El legado de la composición global del sistema en el que fue creado.

Modificación parcial de la mencionada composición debido al proceso de diferenciación del planeta.

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

El azar también influye, ya que los estudios astrofísicos de la composición de las estrellas sugieren que existen importantes diferencias químicas en la galaxia. Esto conduce a variaciones en la abundancia relativa de elementos esenciales para la biología.

Esta “dispersión cosmoquímica” está relacionada con esa variabilidad local en la abundancia galáctica de fósforo y nitrógeno. Hoy conocemos unos 6.000 exoplanetas alrededor de otras estrellas, aunque no debemos esperar que tengan una composición similar a la de la Tierra.

Para ilustrar esto, los investigadores crearon una imagen (abajo) que muestra la dispersión esperada en las proporciones de fósforo (P) y nitrógeno (N) que eventualmente estarán disponibles en el manto de un exoplaneta, ya que no todos los sistemas estelares forman planetas de la misma composición.

Por supuesto, entre galaxias existe una variación considerable en la abundancia relativa de estos elementos clave para la vida, en relación con los elementos formadores de rocas, de ahí las diferentes posibilidades representadas en el gráfico.

Las variaciones en el contenido de fósforo y nitrógeno del manto del planeta indican el futuro astrobiológico del planeta. Las regiones que representan planetas deficientes en fósforo del manto en comparación con la Tierra se muestran en sombreado negro, mientras que aquellas con deficiencia de nitrógeno se muestran en sombreado blanco. A los que les faltan ambos elementos se muestran con ambos patrones en la esquina inferior izquierda. Walton et al. (2026) La receta química para la vida podría ser universal, pero no siempre repetible

Por tanto, el hecho de que la vida no sea tan común en la galaxia podría explicarse por estos procesos previos de diferenciación química y las deficiencias de elementos químicos que pueden producirse en otros entornos planetarios.

Para que aparezca vida en otros mundos, los elementos esenciales deben estar allí en el momento adecuado de consolidación del manto y la corteza. Esto no parece baladí, debido a procesos geofísicos que acaban redistribuyendo elementos clave como el fósforo y el nitrógeno en el interior del planeta. Por lo tanto, tales procesos limitarían las posibilidades de que florezca la vida.

Esto es algo a considerar en la búsqueda de vida lejana, al analizar las características químicas de los exoplanetas que se están descubriendo. El desafío es de la mayor magnitud, debido a la dificultad de obtener espectros que permitan inferir los elementos formativos de estas atmósferas durante los tránsitos que sufren algunos planetas al pasar por delante del disco de sus estrellas.

En cualquier caso, ahora que empezamos 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 influir y poner obstáculos a la vida en otros mundos.