Un
nuevo estudio sugiere que el agua de mar primordial puede esconderse en los
corazones de muchos cometas
Por
Nola Taylor Redd
Las
columnas de vapor de agua y otros gases emanan del cometa 67P /
Churyumov-Gerasimenko en esta imagen capturada por la nave espacial Rosetta.
Crédito: ESA, Rosetta y NAVCAM.
La
misteriosa fuente del agua de la Tierra
ha intrigado a generaciones de científicos. Aprender cómo este líquido, la
piedra angular de la vida tal como lo conocemos, se abrió camino hacia nuestro
planeta tiene amplias implicaciones, por la posibilidad de que las biosferas
extrañas no solo se encuentren en otras partes del sistema solar, sino también
en mundos que orbitan otras estrellas. Pero comprender cómo llegó el agua a la
Tierra ha resultado ser sorprendentemente difícil.
Después
de que el Sol se formó a partir de una nube de polvo y gas, el disco
protoplanetario de material restante era probablemente rico en ingredientes
crudos de agua, hidrógeno y oxígeno. Pero la sabiduría convencional sostiene
que el resplandor de la estrella recién nacida hirvió gran parte de esos gases volátiles
del sistema solar interior, dejando en su mayor parte material seco para
construir la Tierra y los otros planetas rocosos. La mayoría de la humedad de
la Tierra debe haber llegado más tarde, por algún otro medio.
Durante
décadas, los científicos consideraron que los cometas helados del sistema solar
exterior eran los sospechosos más probables, hasta que las observaciones
revelaron que la composición del agua presente en la mayoría delos cometas no
coincidía con el agua de los océanos de la Tierra. Y así, el consenso se
desplazó hacia los asteroides como la fuente de los mares de la Tierra, ya que
estos cuerpos rocosos también contienen cantidades no despreciables de agua y
están convenientemente ubicados para haber llevado el agua hacia la joven Tierra.
Ahora, sin embargo, una investigación del cometa 46P / Wirtanen sugiere que la
mayor parte del agua de la Tierra podría haber provenido de cometas, a pesar de
que los asteroides probablemente conservan un papel importante.
Usando
el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja (SOFIA) de la NASA, un
telescopio montado en un avión que puede volar sobre gran parte de la atmósfera
de la Tierra, un equipo de investigadores midió la proporción de agua pesada, o
deuterio, respecto al agua normal en el cometa 46P. Mientras que el núcleo de
hidrógeno del agua regular contiene un neutrón solitario, el núcleo de deuterio
contiene un protón y un neutrón, lo que lo hace el doble de pesado y, lo que es
más importante, lo evapora más lentamente que el agua normal. Esto significa
que se esperaría que la relación de deuterio a hidrógeno (D / H) de cualquier
objeto dado varíe dependiendo de la distancia a la que se formó y permaneció
alrededor del Sol joven, permitiendo que la relación sirva como una huella dactilar
para rastrear los orígenes del agua. . Encuentre un cometa o asteroide con una
relación D/H idéntica a la del agua de mar terrestre, y quizás haya encontrado
una porción de océano sin entregar; la obtención de relaciones D/H para
múltiples objetos puede producir patrones que revelan la migración de agua
alrededor del sistema solar temprano. De un puñado de cometas cuya relación D/H
se ha estudiado, el cometa 46P es el tercero que se sabe que tiene una
proporción D/H similar a la de la Tierra.
"Es
fantástico que tengan otra relación D/H", dice la científica cometaria
Karen Meech, del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai. Meech no
fue parte de la nueva investigación. "Es muy importante para tratar de
entender lo que está pasando".
La
relación deuterio/hidrógeno puede trazar las huellas de agua en el disco
planetario joven, pero resulta ser un proceso difícil. Algunos modelos sugieren
que la abundancia de deuterio crece linealmente alejándose del sol; otros
sugieren que la abundancia se reduce en esas mismas circunstancias. Varios de
los que buscan replicar la mezcla caótica y turbulenta de material en el
sistema solar temprano predicen abundantes cantidades de deuterio que varían
enormemente en diferentes puntos sin ninguna razón discernible. Y las
observaciones han demostrado que los cometas, incluso los que aparentemente
nacen cerca unos de otros, pueden tener proporciones D/H dramáticamente
diferentes. "Hasta ahora, teníamos una docena de mediciones que parecían
aleatorias", dice el líder del equipo Dariusz Lis, astrofísico del
Instituto de Tecnología de California. Pero el 46P reveló una nueva relación
sorprendente que hace que al menos algunas de las mediciones parezcan un poco
menos aleatorias. Junto con el 46P, los otros dos cometas que se sabe tienen
relaciones D/H similares a los océanos de la Tierra, los cometas 103P/Hartley y
45P/Honda-Mrkos-Pajdušáková, son objetos "hiperactivos", lo que
significa que arrojan más agua de la que se podría predecir solo en su
superficie. "Ahora, por primera vez, vemos una correlación entre la
relación D/H y la fracción activa", dice Lis.
Los
resultados pueden tener implicaciones para todos los cometas. El exceso de
actividad en los cometas hiperactivos proviene del agua que sale de su
interior. Si, como sugieren Lis y sus coautores, el agua de los núcleos de
cometas hiperactivos tiene una huella digital D/H más parecida a la Tierra,
esto puede significar que el agua similar a la Tierra podría estar oculta en el
interior de otros cometas no hiperactivos, poniendo de relieve nuevamente en
los cometas como fuente de agua temprana.
El
estudio, que próximamente se publicará en la revista Astronomy &
Astrophysics, no solo podría reforzar la postura de los cometas como fuente del
agua de la Tierra, sino también modificar las condiciones iniciales que
llevaron a los orígenes de la vida. "Si supieras que los cometas estaban
lloviendo en la Tierra durante las primeras etapas de la formación, eso tendría
profundas implicaciones para el material disponible para las primeras etapas de
la vida", dice Maria Womack, investigadora de cometas en la University of
South Florida, que no formó parte del nuevo estudio.
COMETES
HIPERACTIVOS
Cuando
los cometas se acercan al sol, su superficie helada se calienta, saltando de
sólido a gas a través de un proceso llamado sublimación. Los cometas
hiperactivos como el cometa 46P, sin embargo, hacen algo más, de alguna manera
escupen grandes trozos de hielo a su coma, la nube nebulosa que rodea el núcleo
del cometa. Los trozos de hielo que giran permanecen sólidos, se subliman en la
coma en lugar de en la superficie y proporcionan el "hiper" en la
hiperactividad.
Esos
trozos sólidos podrían explicar la relación D/H cercana a la Tierra en cometas
como 46P. Lis y sus colegas sugieren que, incluso si el sol calienta y altera
el material de la superficie de un cometa, su núcleo interno podría permanecer
relativamente prístino por eones. En la superficie, el calor solar y la
radiación podrían evaporar parte del agua regular, cambiando la proporción de
agua normal y pesada. Sin embargo, en el fondo, esas proporciones pueden
permanecer sin cambios desde su huella digital inicial (una que podría coincidir
con los océanos de la Tierra) establecida hace miles de millones de años
durante la formación del sistema solar. Las presiones inducidas por el calor en
el cometa provocan la liberación de gases volátiles, como el dióxido de carbono
o el monóxido de carbono, que se encuentran enterrados en el núcleo. A medida
que aumentan los volátiles calentados, pueden empujar material desde el núcleo
a la superficie, donde se lanza para sublimar en la coma, revelando una huella
dactilar similar a la de la Tierra. Si ese es el caso, los investigadores
sugieren que todos los cometas pueden llevar agua en su núcleo con una relación
D/H más parecida a la de nuestro planeta.
Meech
todavía no está convencida. En 2005, la misión Deep Impact de la NASA excavó un
cráter en el cometa Tempel 1. Meech, que formaba parte de esa misión, dice que
mostró que el material fresco estaba solo a unos pocos centímetros por debajo
de la superficie en lugar de estar oculto en las profundidades del núcleo. Por
lo tanto, el material soplado desde el corazón de un cometa debe ser similar a
lo que se sublima desde la superficie cercana. Otras misiones a cometas parecen
apoyar ese hallazgo. "Basándome en lo que se vio con las misiones Deep
Impact, EPOXI y Rosetta, no veo ninguna razón por la que la materia expulsada
de un cometa hiperactivo sea más o menos primitiva que cualquier otro
cometa", dice.
Otros,
como el investigador de cometas David Jewitt de la University of California en
Los Ángeles, están más interesados en simplemente traer esa agua a la Tierra.
Además de las relaciones D/H, la mecánica celeste es un argumento sólido para
los asteroides como fuente dominante del agua de la Tierra. Los asteroides del
cinturón principal pueden estrellarse contra la Tierra mucho más fácilmente que
incluso los cometas más cercanos en el sistema solar exterior, y la
investigación ha revelado que muchos asteroides contienen agua con huellas
similares a la Tierra encerradas dentro de minerales. Y, dada la relativa
facilidad con que los asteroides pueden golpear a los planetas interiores, es
sencillo imaginarlos bombardeando la Tierra en los números necesarios para
llenar los océanos, algo que no se puede decir fácilmente para los cometas.
Según Jewitt, toda el agua en los océanos de la Tierra formaría una sola bola
de unos 600 kilómetros de ancho o aproximadamente mil millones de cometas del
tamaño de un kilómetro aproximadamente del tamaño de 46P. (El cometa promedio
tiene menos de 10 kilómetros de ancho.)
La
idea de que todos los cometas llevan agua similar a la Tierra en su núcleo
sigue siendo "una idea muy provocativa", dice Sean Raymond,
investigador del Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux en Francia, que modela
la evolución temprana del sistema solar. "Definitivamente vale la pena
hacer una prueba". Las pruebas de laboratorio más profundas podrían ayudar
a revelar si un cometa que esconde agua similar a la Tierra podría estar
emitiendo una relación D / H diferente, dice Jewitt, y eso podría proporcionar
información sobre el agua en la energía solar temprana. sistema. Pero solo, no
es suficiente.
En
este momento, con solo tres cometas hiperactivos y un puñado de cometas
regulares que han medido las relaciones D/H, la conexión entre los dos sigue
siendo nebulosa. Fundamentalmente, la forma más importante de probar si todos
los cometas albergan agua similar a la Tierra en sus núcleos es encontrar y
estudiar muchos más. "Tenemos que salir y obtener más de estos y ver si
esa predicción es cierta", dice Edwin Bergin, un investigador de la
Universidad de Michigan que busca agua en los discos protoplanetarios alrededor
de otras estrellas. Bergin no fue parte de la nueva investigación.
La
mejora de la tecnología debería seguir haciendo que sea más fácil medir la
proporción D / H de más cometas desde el suelo, mientras que las misiones
futuras podrían realizar observaciones aún más detalladas desde el espacio.
"Necesitamos más medidas", dice Lis. “Hemos reunido un poco más de
una docena de mediciones en los últimos 25 años. Eso no es suficiente para
hacer un estudio estadístico".
Traducción
de:
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