El gas noble argón ha
sido detectado en la coma del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko por primera vez,
gracias al espectrómetro de masas ROSINA a bordo de Rosetta. Su detección
permite a los científicos comprender los
procesos que actúan durante la formación del cometa y es un elemento más para
el debate acerca del papel de los cometas en el transporte de varios
"ingredientes" a la Tierra.
Los nuevos resultados aparecen en
Science
Advances y describen datos recogidos en los días 19,
20, 22 y 23 de octubre de 2014, cuando el cometa se encontraba a alrededor de
465 millones de kms (3.1 UA) del Sol y Rosetta estaba en una órbita de 10 kms.
alrededor del mismo.
Durante
el tiempo que estuvo cerca del cometa, el instrumento ROSINA fue capaz de hacer
un inventario de los componentes clave de su coma, con muchos ingredientes ya
reportados. La determinación de la composición química de los cometas es un
paso necesario para la comprensión de su papel en la llegada del agua y otros
ingredientes a los planetas interiores durante la historia temprana del Sistema
Solar.
Los
llamados gases nobles (helio, neón, argón, criptón, xenón, y radón) rara vez
reaccionan químicamente con otros elementos para formar moléculas, generalmente
permanecen en un estado atómico estable, representativo del entorno de una
estrella joven en la que nacen planetas, cometas y asteroides.
Además, su abundancia
y composición isotópica se pueden comparar con los valores conocidos para la
Tierra y Marte, y con los del viento solar y los meteoritos, por ejemplo. La
abundancia relativa de gases nobles en las atmósferas de los planetas
terrestres es controlada en gran medida por la evolución temprana de los
planetas, incluida la emisión de gases a través de procesos geológicos,
pérdidas atmosféricas y/o la llegada por bombardeo de asteroides o cometas.
Así, el estudio de los gases nobles en los cometas también puede proporcionar
información sobre estos procesos.
Sin embargo, los
gases nobles se pierden muy fácilmente a través de la sublimación, y así esta
primera detección de argón en el cometa
67P/CG es un descubrimiento clave. No sólo eso, sino que también es un paso
importante en la determinación de si los cometas de este tipo desempeñaron un
papel significativo en el inventario de gases nobles de los planetas
terrestres.
Los
científicos que analizan los datos del Double Focusing Mass Spectrometer
(DFMS) de ROSINA
identificaron argón junto con otros gases en los espectros de la coma
del cometa 67P/CG en octubre de 2014. Identificaron 36Ar y 38Ar, produciendo
una relación isotópica de 36Ar / 38Ar de 5.4 ± 1.4, que es compatible con los
valores del Sistema Solar; para la Tierra esta relación isotópica es de 5,3,
mientras que para el viento solar es 5,5.
La abundancia relativa de argón respecto a otros gases
también se investigó. Por ejemplo, la abundancia de argón en relación con el
vapor de agua se determinó que era entre 0,1 x 10 ^ -5 y 2,3 x 10 ^ -5, siendo
el rango de los valores medidos debido a la iluminación solar variable, lo que
influye en la velocidad de la sublimación del agua en diferentes partes del
núcleo del cometa.
"A
pesar de que la señal de argón es muy baja en general, este inequívoca primera
detección in situ de un gas noble en el cometa demuestra la impresionante
sensibilidad de nuestro instrumento", dice la profesora Kathrin Altwegg,
investigadora principal del instrumento ROSINA en la Universidad de Berna .
"La
proporción de argón con el agua variaba en un factor de más de 20. Mientras que
el argón muy volátil puede escapar bajo cualquier condición, la sublimación del
agua depende fuertemente de la cantidad de luz solar que es recibida, y así con
la relación argón-agua ", explica el profesor Hans Balsiger, también de la
Universidad de Berna, y autor principal del artículo que informa sobre el
descubrimiento.
"En
contraste, la abundancia relativa de argón a nitrógeno molecular es bastante
estable - explica por el hecho de que el argón y nitrógeno tienen volatilidades
altas similares."
Aunque la proporción medida en el cometa de argón y agua
varía bastante, todavía tiene consecuencias para responder a la pregunta de si
los cometas transportaron agua a la Tierra. Esto se debe a que la proporción de
argón y agua en la Tierra es sólo 6.5 x 10–8, varios órdenes de
magnitud por debajo de la observada en 67P/C-G.
"El contenido relativamente alto de argón del cometa
67P/C-G comparado con el de la Tierra es un argumento en contra de la hipótesis
de un origen cometario para el agua terrestre, de una manera independiente a un
descubrimiento similar indicado por un resultado anterior de ROSINA sobre la
proporción de deuterio e hidrógeno en 67P/C-G", comenta Hans Balsiger,
director del estudio.
La
detección de argón también se puede utilizar para conocer las condiciones en
las que el cometa se formó.
"El
argón que detectamos viene desde el interior del núcleo helado del cometa; la
naturaleza de ese hielo - cómo, cuándo y dónde se formó - determina cómo
captura y posteriormente libera los gases que estamos midiendo ", dice
Kathrin.
Las
dos formas más simples de hielo son cristalina y amorfa. Estas se forman a
diferentes temperaturas y presiones, capturando y liberando gases de diferentes
maneras. Argón, nitrógeno, monóxido de carbono, junto con los más pesados gases
nobles criptón y xenón son particularmente útiles para distinguir entre las
diversas posibilidades, ya que permanecen en el mismo estado que cuando se
incorporaron primero en el cometa.
Los
modelos pueden ser utilizados para predecir con qué facilidad se incorporaron
gases altamente volátiles en los granos de hielo que crecieron a baja
temperatura en la nebulosa protosolar. Estos modelos muestran que la alta
abundancia de argón en el cometa 67P / CG y la buena correlación con el
nitrógeno son a la vez coherentes con la formación del cometa en los fríos
límites exteriores del Sistema Solar.
Casi
un año ha pasado desde que se recogieron los datos del argón. Ahora que el
cometa ha pasado el perihelio, el punto más cercano al Sol a lo largo de su
órbita, la densidad de la coma ha aumentado considerablemente, lo que implica
que la búsqueda de gases aún más raros es posible.
Sin
embargo, el aumento de la actividad de 67P / CG significa que Rosetta no puede
volar cerca del cometa sin caer en problemas de navegación, por lo que está
operando a distancias superiores a los 350 kms. del núcleo del cometa: esta
semana se ha embarcado en una trayectoria que la llevará a 1500 kms. con el fin
de estudiar en perspectiva amplia la coma y el entorno de plasma.
El
equipo ROSINA, por tanto, está ansiosamente esperando que Rosetta retorne para volver a distancias más
cercanas mientras la actividad decrece en los próximos meses, con el fin de
continuar con su investigación de los gases nobles - incluyendo la búsqueda de
criptón y xenón - para añadir nuevas perspectivas sobre el papel desempeñado
por los cometas en la presencia de estos ingredientes a la Tierra.
Crédito:
ESA / Rosetta / NavCam - CC BY-SA 3.0 IGO
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