¿Estamos solos en el Universo?
¿Hay vida en el Universo? Esa es una pregunta que ha se ha hecho la humanidad mucho antes de que supiéramos que tan vasto era el Universo, es decir, antes del advenimiento de la astronomía moderna. En el siglo XX, gracias al desarrollo de telescopios modernos, la radioastronomía y los observatorios espaciales, se han hecho múltiples esfuerzos con la esperanza de encontrar inteligencia extraterrestre (ETI).
Y sin embargo, la humanidad todavía sólo es consciente de una civilización inteligente en el Universo, la nuestra. Y hasta que descubramos una civilización alienígena, lo mejor que podemos hacer es conjeturar sobre la probabilidad de su existencia. Ahí es donde entra en juego la famosa Ecuación Drake, que lleva el nombre del astrónomo Frank Drake.
El origen de la Ecuación de Drake
Durante la década de 1950, la idea de usar radioastronomía para buscar señales de origen extraterrestre fue extendiéndose cada vez más dentro de la comunidad científica. La idea de escuchar las comunicaciones radioeléctricas extraterrestres había sido sugerida desde finales del siglo XIX (por Nikolai Tesla), pero estos esfuerzos se ocupaban en ese entonces solo en buscar signos de vida en Marte.
En septiembre de 1959, Giuseppe Cocconi y Philip Morrison (que eran profesores de física en la Universidad de Cornell en ese momento) publicaron un artículo en la revista Nature con el título “Buscando comunicaciones interestelares”. En él, argumentaron que los radiotelescopios se habían vuelto lo suficientemente sensibles como para poder captar transmisiones que se transmiten desde otros sistemas estelares.
Específicamente, argumentaron que estos mensajes podrían transmitirse a una longitud de onda de 21 cm (1420.4 MHz), la misma longitud de onda de las emisiones de radio por hidrógeno neutro. Como el hidrógeno es el elemento más común en el universo, argumentaron que las civilizaciones extraterrestres verían esto como una frecuencia lógica en la que hacer emisiones de radio que podrían ser recogidas por otras civilizaciones.
Siete meses más tarde, el 8 de abril de 1960, Frank Drake hizo la primera búsqueda sistemática SETI en el Observatorio Nacional de Radioastronomía en Green Bank, Virginia Occidental. Conocido como Proyecto Ozma, esta búsqueda utilizo la antena de plato de 25 metros del observatorio para monitorear a Epsilon Eridani y Tau Ceti , dos estrellas cercanas similares al Sol, a frecuencias cercanas a 21 cm durante seis horas al día, entre abril y julio de 1960.
Aunque no tuvo éxito, la búsqueda despertó el interés de la comunidad científica, Poco después, fue seguida por una reunión en las instalaciones del Banco Verde en 1961, donde se discutieron los temas del SETI y la búsqueda de señales de radio de origen extraterrestre. En preparación para esta reunión, Drake preparó la ecuación que llegaría a llevar su nombre. Como dijo de la creación de la ecuación:
“Al planear la reunión, me di cuenta de que unos días antes de tiempo necesitábamos una agenda. Así que anoté todas las cosas que necesitabas saber para predecir lo difícil que va a ser detectar la vida extraterrestre. Y mirándolos se hizo bastante evidente que si multiplicaban todos estos juntos, consiguieron un número, N, que es el número de civilizaciones detectables en nuestra galaxia. Esto estaba dirigido a la búsqueda de radio, y no a buscar formas de vida primordiales o primitivas”.
El encuentro, que incluyó luminarias como Carl Sagan, se conmemoró con una placa conmemorativa que todavía está en la sala del Observatorio de Green Bank hoy en día.
La Ecuación de Drake
Donde N es el número de civilizaciones en nuestra galaxia con las que podríamos comunicarnos.
R* es la tasa media de formación de estrellas en nuestra galaxia (estrellas/año)
fp es la fracción de esas estrellas que tienen planetas
ne es el número promedio de planetas que realmente pueden soportar la vida por estrella
fl es la fracción de planetas que, pudiendo soportar vida, la han realmente desarrollado
fi es la fracción de planetas que habiendo desarrollado vida, esta ha alcanzado un nivel de inteligencia básico (civilizaciones)
fc es la fracción de civilizaciones que han desarrollado tecnologías de transmisión
L es el tiempo que estas civilizaciones existirían en estado de transmisión de sus señales al espacio (años)
Estos fueron los números que usó Drake en ese momento:
Análisis de la Ecuación y critica
Lo primero que vemos es que esta ecuación no nos dice cuántas civilizaciones inteligentes hubo en la galaxia en toda la historia del universo sino cuántas hay ahora intentando comunicarse. Esto es así porque la ecuación fue propuesta para responder a la paradoja de Fermí, que planteaba la pregunta de por qué no recibimos comunicaciones de otras civilizaciones inteligentes. Y claramente la simultaneidad de la existencia de las civilizaciones es algo que impacta drásticamente en el resultado.
Esto se pone de manifiesto en el producto entre R* x L. Otra forma de escribir la ecuación original de Drake sería usar el número de estrellas actuales de la galaxia Ns y la fracción de tiempo en el cual las civilizaciones inteligentes transmiten respecto del tiempo de existencia del universo L/Tu. Este último termino nos proporciona el factor de simultaneidad de existencia (probabilidad de Poisson).
La ecuación puede reescribirse de la siguiente manera más intuitiva como:
Ns es el número de estrellas totales existen en la galaxia y L/Tu es el factor de simultaneidad de existencia, donde Tu es el tiempo de existencia del universo. Ns/Tu es la tasa se formación de estrellas R* pero promedio en toda la historia del universo. Sin embargo, si queremos saber la simultaneidad actual y no la promedio podemos utilizar la tasa actual el formación de estrellas. Y así es como Drake llego a su famosa ecuación.
El principal problema de esta fórmula es que la mayoría de los coeficientes simplemente no tenemos idea de cómo estimarlos con un grado aceptable de precisión. Y como se tienen muchos términos multiplicándose, la incertidumbre del resultado es la suma de las incertidumbres de cada termino.
Una versión más moderna de la ecuación de Drake
Hoy, medio siglo después, sabemos algunas cosas más sobre nuestra galaxia y el Universo. Veamos como modificar la ecuación original para plantear una versión alternativa.
Para empezar, podemos eliminar el término más impreciso de todos L y reformular la pregunta. En vez de intentar estimar N, el número de civilizaciones inteligentes que están intentando comunicarse actualmente, inténtennos estimar el número de civilizaciones que pueden haber existido en cualquier momento de la historia del universo.
La ecuación de Drake modificada sería:
Hoy conocemos con bastante precisión la forma y el tamaño de nuestra galaxia, así como también la cantidad y distribución de estrellas. Sabemos que existen entre 200 y 400 mil millones de estrellas.
Sin embargo, no todas estas estrellas serán estrellas capaces de generar sistemas aptos para la vida. Sabemos que estrellas gigantes azules (tipo O, B) no duran más de 500 millones de años y las tipo A, no llegan a los 3 mil millones de años. Creemos que las chances de que este tipo de estrellas alberguen sistemas potencialmente aptos para la vida son extremadamente bajos en los 2 primeros casos y bajos en el tercero. Pero estas estrellas representan menos del 1% de las estrellas del universo.
Ahora bien, estrellas medianas amarillas tipo F y G (como el Sol) duran entre 3 y 17 mil millones de años y sábenos que poseen altas chances de sostener sistemas habitables, pero representan alrededor del 10% de las estrellas del universo.
Finalmente, las estrellas enanas rojas y naranjas (tipo K y M) duran en términos simples casi eternamente, tiempo más que suficiente para permitir la vida aparecer y extinguirse miles de veces, pero su baja temperatura y estabilidad genera zonas habitables mucho más estrechas y con probabilidades mucho más bajas que las tipos K y M. Y representan casi el 90% de la totalidad de las estrellas. Por lo tanto, la densidad de vida en la galaxia dependerá fundamentalmente de la habitabilidad de estas estrellas.
Definamos entonces un nuevo parámetro, fh como la probabilidad de que una estrella sea adecuada para sostener sistemas potencialmente habitables. Aceptemos por ahora que entre 1 de cada 5 estrellas pueda generar un sistema habitable, por lo tanto, fh = 0,2.
Luego de una década y cientos de miles de estrellas analizada por el satélite Kepler, podemos tener una idea bastante buena de las chances de que una estrella este acompañada de planetas. Las estimaciones actuales sugieren que en promedio todas las estrellas tienen 1 planeta, por lo tanto, podemos aceptar que fp = 1.
Respecto de ne, el número de planetas alrededor de estrellas habitables con las condiciones adecuadas para la vida, hemos aprendido mucho de nuestros estudios de exoplanetas,¿Qué hace que un mundo sea habitable? ¿Que se encuentre en la zona de habitabilidad de una estrella? (zona donde la temperatura superficial del planeta se encuentra en el rango adecuado para tener agua líquida. Bueno, esta es una primera aproximación. Y en este sentido hemos descubierto que aproximadamente 1 de cada 5 planetas descubiertos seria potencialmente habitable. Sin embargo, hay otros factores que debemos tener en cuenta. Sabemos que en nuestro sistema solar exterior hay lunas cómo Encélado y Europa, con océanos subterráneos que podrían reunir las condiciones necesarias para tener vida submarina. En sistemas con gigantes gaseosos en lugares similares a la Tierra, grandes lunas podían ver la vida surgir en ellos, duplicando la cantidad de mundos con chances de albergar vida. Aunque las incertidumbres son grandes aquí, podemos aceptar que la cantidad de mundos habitables que podría haber por estrella que pueda sostener sistemas en promedio sea de 1 mundo, es decir, ne = 1.
La ecuación modificada será :
En este punto, podemos multiplicar los primeros 4 términos: Ns, fh, fp y ne que son 4 parámetros que conocemos con una precisión razonable. Llamaremos a esto Nast, número de planetas potencialmente aptos para albergar la vida. Este número sería del orden de entre 40 y 80 mil millones. Es un comienzo prometedor.
Ahora comienza la parte más incierta de la ecuación de Drake. Si bien es cierto que sabemos más ahora que hace 50 años, los astrobiólogos no se ponen de acuerdo, en que tan probablemente es la aparición de la vida. Entonces, fl, la fracción de estos mundos donde realmente surge la vida sigue siendo una de las grandes preguntas desconocidas en la búsqueda de vida más allá de la Tierra. De todos los mundos potencialmente habitables, ¿Cuántos de ellos dan ese primer paso increíble, donde la vida surge de la no vida? O, si la vida primitiva se origina en el espacio interestelar, ¿Cuántos mundos ven la vida afianzarse en la superficie, en los océanos o en la atmósfera? Ni siquiera sabemos la respuesta para nuestro propio Sistema Solar, donde es discutible que podemos tener hasta 8 mundos más donde la vida surgió en algún momento. La vida puede ser común; aquí surgió apenas las condiciones de la Tierra lo permitieron al enfriarse hace 4 mil millones de años. Con optimismo, puede tener un 10% de probabilidades (algunos creen que incluso más probable, cercano al 100%) de que surja la vida. O, alternativamente, podría ser extremadamente rara. En las próximas décadas podríamos tener una mejor idea de esto al analizar las atmósferas de los exoplanetas vecinos más prometedores.
El siguiente termino fi es aún más difícil de estimar. Ni siquiera tenemos claro como definir la vida como “inteligente” desde el punto de vista científico. Incluso nuestros mejores científicos todavía discuten sobre la clasificación de delfines, grandes simios, pulpos y muchos otros organismos como inteligentes o no. Tomó 4 mil millones de evolución hasta que apareciera el homo sapiens. Y el hombre moderno lleva solo 10 mil años de esos 4 mil millones caminando la Tierra por lo que fi ciertamente podría ser una mera cuestión de tiempo o un hecho sumamente improbable, tan bajo como 1 en mil millones, o peor.
Finalmente, llegamos al término fc que en la ecuación del Drake representa la probabilidad de que una civilización inteligente se vuelva tecnológicamente avanzada, capaz de entender el universo y comunicarse a través de él. No hay evidencia de esto en ninguna parte que no sea la Tierra, por supuesto, lo que significa que hay una gran variedad de posibilidades.
Lo que proponemos aquí es agrupar estos 3 términos, fl, fi y fc de alta incertidumbre en 1 solo al que llamaremos fbt. Siendo fbt la probabilidad de que una civilización tecnológica surja en un planeta que reúne las condiciones necesarias para la vida. Así la moderna ecuación de Drake será:
Como dijimos antes, el valor de Nast se conoce con bastante precisión, entre 4E10 y 8E10 si consideramos nuestra galaxia. Asumámos un valor conservador de 1E10.
Esto significa que para que en nuestra galaxia seamos la única civilización tecnológica en ella fbt tendría que ser menor a 1E-10, esto es 1 en 10 mil millones.
Con valores optimistas de fbt como algunos astrobiologos creen, podría haber miles de civilizaciones tecnológicas como originalmente propuso Drake. Pero en casos menos optimistas podría ser que estemos solos en la galaxia. Incluso que seamos la única civilización que existió hasta ahora.
¿Y si ahora hablamos del universo en vez de la Galaxia? Bueno entonces obviamente las probabilidades aumentan notablemente. Pero también las incertidumbres. Se creen que existen 1000 billones de galaxias (1E12) en el universo observable. Por lo tanto, ahora, para que seamos la única civilización tecnológica en todo el universo fbt tendría que ser menor a 1E-22!!
Lo maravilloso de este debate es que simplemente no tenemos idea de cuánto vale fbt. Podría ser que fbt sea lo suficientemente bajo como para que estemos solos en el universo, o lo suficientemente alto como para que haya miles de civilizaciones inteligentes solo en nuestra galaxia. Lo único que sabemos es que fbt no es cero porque existimos nosotros. La vida en la Tierra parece haber surgido con una velocidad casi indecente (del orden de 100 millones de años), apenas el planeta se enfrió lo suficiente y dejo de ser bombardeada por meteoritos. Algunos científicos consideran esto una prueba suficiente de que fe (que surja la vida) no es tan bajo. Pero no todos están de acuerdo en esto enfatizando la invalidez de sacar conclusiones sobre una muestra unica. Es por esto que necesitamos encontrar otro origen de vida distinto al nuestro. Si lo encontramos, entonces la probabilidad de fe y por ende fbt podría acotarse a valores que nos permitan inferir algo con mayor precision. Mientras tanto solo podemos especular.
Por el momento, no tenemos nada. Y no hablamos de visitas ET porque sabemos que los viajes interestelares son en principio difíciles. Hablamos de señales. Recibimos señales de los confines del universo, pero nada que se parezca a algo generado por inteligencia. Sin embargo, las señales generadas por civilizaciones no serian en principio tan potentes como las que envía el propio universo.
Como vemos, no hay una respuesta definitiva, ni siquiera aproximada a una de las preguntas más importantes de la humanidad: ¿estamos solos en el universo? Aquel que diga tenerla, simplemente no entiende la física subyacente.