¿Y si al final si no encontramos vida 'ahí fuera'?

Un nuevo estudio, liderado por Daniel Angerhausen, físico del Grupo de Exoplanetas y Habitabilidad de ETH Zurich, aborda la cuestión en un artículo recién publicado en 'The Astronomical Journal'. El trabajo se basa en un análisis estadístico bayesiano cuyo objetivo es determinar el número mínimo de exoplanetas que los astrónomos deberían observar para obtener respuestas significativas sobre la frecuencia de mundos potencialmente habitados. Y según el análisis, incluso el hecho de no encontrar nada sería una información valiosa.

Los resultados del estudio son reveladores. Y concluyen que si examinamos entre 40 y 80 exoplanetas sin detectar señal alguna de vida (lo que los investigadores llaman una 'no-detección perfecta'), podríamos afirmar con toda confianza que menos del 10 al 20 por ciento de planetas similares sí que la albergan. Y, solo en la Vía Láctea, ese 10 por ciento corresponde a unos 10 mil millones de planetas potencialmente habitados. El trabajo, por tanto, permite establecer un límite superior significativo a la prevalencia de vida en el Universo, una estimación que, hasta ahora, estaba fuera de nuestro alcance.

Sin embargo, este resultado 'perfecto' de no-detección tiene una importante salvedad: toda observación conlleva un cierto nivel de incertidumbre. Por eso, resulta crucial comprender cómo esta incertidumbre afecta a la solidez de las conclusiones que se pueden extraer de los datos. Las incertidumbres en las observaciones de exoplanetas individuales pueden ser de interpretación, esto es, falsos negativos que pueden llevar a pasar por alto una biofirma y etiquetar erróneamente un mundo como deshabitado. O pueden ser también incertidumbres 'de muestreo', lo que introduce sesgos en las muestras al incluir planetas no representativos y que no cumplen con los requisitos acordados para la presencia de vida.

Este tipo de consideraciones son especialmente relevantes para misiones futuras como Large Interferometer for Exoplanets (LIFE), liderada por el propio ETH Zurich y cuyo objetivo es estudiar las atmósferas de docenas de exoplanetas similares al nuestro en términos de masa, radio y temperatura, buscando en ellos signos de agua, oxígeno e incluso biofirmas más complejas.

Para ello, la misión LIFE explorará esos mundos en el infrarrojo medio para detectar la luz térmica, el calor emitido por los exoplanetas. Este método permite suprimir la luz de la estrella anfitriona, mucho más brillante, y revelar así la tenue señal de los exoplanetas que vamos buscando. Precisamente, en el infrarrojo medio es donde muchas moléculas indicadoras de vida muestran características distintivas en sus espectros. Estas 'biofirmas' gaseosas incluyen productos metabólicos volátiles, como el oxígeno (O2) producido por la fotosíntesis oxigénica, y subproductos fotoquímicos, como el ozono (O3) generado a partir del O2.

Según Angerhausen y sus colaboradores, el número de observaciones planeado para misiones como LIFE será lo suficientemente grande como para extraer conclusiones significativas sobre la prevalencia de vida en nuestro vecindario galáctico.

Aun así, el estudio subraya que incluso en los instrumentos más avanzados es absolutamente necesario una cuantificación precisa de las incertidumbres y los sesgos, para garantizar que los resultados sean estadísticamente significativos. Para conseguirlo, y evitar por ejemplo la incertidumbre de muestreo, los autores señalan que es preferible formular preguntas específicas y medibles, como '¿Qué fracción de planetas rocosos en la zona habitable de un sistema solar muestran signos claros de vapor de agua, oxígeno y metano?', en lugar de preguntas mucho más ambiguas como '¿Cuántos planetas tienen vida?'. En ciencia, en efecto, las preguntas a menudo son incluso más importantes que las propias respuestas, porque una pregunta mal formulada suele llevar a una respuesta errónea.

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Los investigadores también estudiaron la forma en que el conocimiento previo asumido (llamado 'a priori' en estadística bayesiana) afectará los resultados de futuras búsquedas. Para ello, compararon los resultados del marco bayesiano con los obtenidos mediante un método diferente, conocido como enfoque frecuentista, que no presenta 'a prioris'.

La estadística bayesiana permite incorporar el conocimiento previo en el análisis, mientras que la estadística frecuentista se basa únicamente en los datos observados. En la investigación de exoplanetas, ambos enfoques tienen sus ventajas y desventajas, y la elección del método depende de la pregunta de investigación específica y de los datos disponibles.

«En ciencia aplicada -explica la coautora Emily Garvin-, el método Bayesiano y ls estadística Frecuentista se interpretan a veces como dos escuelas de pensamiento que compiten. Como estadística que soy, me gusta que las traten como alternativas y formas complementarias de entender el mundo y de interpretar probabilidades. Queríamos mostrar cómo los distintos enfoques proporcionan un complemento de la comprensión del mismo conjunto de datos, y de esta manera presentar una hoja de ruta para la adopción de diferentes marcos de referencia».

En definitiva, el nuevo trabajo demuestra por qué es tan importante formular las preguntas de investigación correctas, elegir la metodología apropiada e implementar diseños de muestreo cuidadosos para una interpretación estadística fiable del resultado de un estudio. «Una sola detección positiva lo cambiaría todo -afirma Angerhausen-, pero incluso si no encontramos vida, podremos cuantificar cuán raros, o comunes, podrían ser realmente los planetas con biofirmas detectables».