martes, 30noviembre, 2021
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La aportación química de los cometas

Josep M. Trigo
Astrofísico Cum Laude por la Universidad de Valencia (2002) con estancias en el Observatorio Ondrejov de la República Checa durante su doctorado. Entre 1999 y 2003 fue profesor asociado de Física y Termodinámica en la Universitat Jaume I. Entre 2003 y 2005 fue investigador postdoctoral en el Centro de Astrobiología de la NASA y en el Instituto de Geofísica y Física Planetaria de la Universidad de California, Los Ángeles (UCLA, EE.UU.) donde se especializó en meteoritos primitivos (condritas) y su papel en la formación de planetas y el transporte de agua bajo la dirección del Prof. John Wasson. Regresó a Catalunya en 2005 para trabajar en el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) donde en 2009 ganó el puesto de científico jefe del CSIC, creando el Grupo de Meteoritos, Cuerpo Menor y Ciencias Planetarias: http://www.ice.csic.es/ca/content/109/asteroids-comets-and-meteorites
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análisis

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Posiblemente nos hayamos quedado más de una noche a observar una lluvia de meteoros. Quizás no lo hayamos pensado pero cada estrella fugaz constituye una evidencia de que el espacio interplanetario no está, ni mucho menos, vacío. Estas partículas que, al entrar a la atmósfera a velocidades típicas entre 11 y 72 km/s, producen esos rastros luminosos constituyen una fuente constante de materiales. Aunque no hayamos parado atención ese flujo de partículas de asteroides y cometas no es nada despreciable. En nuestro nuevo trabajo de investigación demostramos que es de miles de toneladas al año.

Quizás recordemos la definición de una de las más famosas leyes: “la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma”. Eso es lo que ocurre a la mayoría de esas partículas que penetran en la atmósfera de la Tierra. La fricción con la atmósfera hace que alcancen la incandescencia y se evaporen y pulvericen, típicamente entre la termosfera y la mesosfera. Los elementos químicos son ionizados y al emitir luz crean esas columnas de gas ionizados que llamamos meteoros. No pasa siempre, dado que aquellas partículas cuya velocidad es inferior a 15 km/s encuentran rutas para frenarse irradiando ese calor obtenido en su deceleración antes de llegar a fundirse. Precisamente esas partículas afortunadas o las cenizas de condensación de las más veloces se sedimentan lentamente y, en pocas semanas, llegan a la superficie terrestre. Allí algunas de ellas las respiramos, como pequeñas partículas de polvo en el ambiente.

Las partículas que entran a menor velocidad y que se frenan sin fundir se denominan Partículas de Polvo Interplanetario (también conocidas como IDPs por su acrónimo inglés). Gracias a los aviones de NASA que barren las capas altas de la atmósfera pueden recogerse y ser estudiadas en nuestros laboratorios. Representan una población de objetos porosos y frágiles que conforman tanto asteroides como cometas, los objetos más prístinos e inalterados que conocemos. Su química se mantiene intacta desde que se formaron decenas de millones de años antes que la Tierra.

Nuestra visión de los cometas ha evolucionado significativamente. Varias misiones como la de retorno de muestras Stardust de la NASA o las sondas Giotto y Rosetta de la Agencia Europea del Espacio (ESA) nos han descubierto como son estos fascinantes cuerpos helados, llegados de los remotos confines del Sistema Solar. Ahora sabemos que son objetos frágiles formados a partir de la acreción de materiales primordiales: granos minerales de tamaño micrométrico compactados entre compuestos orgánicos y hielos. Cuando los cometas se acercan al Sol, su superficie se calienta a la temperatura en que los hielos se subliman. Como consecuencia el gas surge de las regiones activas arrastrando las partículas sólidas que se desprenden lejos del núcleo del cometa. Esas cortinas de materiales tras varias revoluciones al Sol se redistribuyen a lo largo de toda la órbita y forman enjambres de meteoroides. Cuando la Tierra cruza esos enjambres de partículas se observan las lluvias de estrellas fugaces que nos aportan una información muy valiosa.

A lo largo de varias décadas hemos podido estudiar decenas de lluvias de meteoros con un detalle sin precedentes, Empleamos modernas cámaras digitales desde la Red de Investigación sobre Bólidos y Meteoritos (SPMN) para captar los meteoros, estimar sus masas y la intensidad con la que alcanzan la Tierra. Esos estudios proporcionan pistas sobre el tamaño de las partículas y el flujo de materiales cometarios que llegan a nuestro planeta todos los días. En nuestro trabajo hemos calculado la frecuencia de partículas en cada rango de masa y las hemos comparamos con las observaciones de partículas de polvo liberadas de varios cometas.

A veces se producen bolas de fuego muy brillantes mientras observamos una lluvia de meteoros. Las que llegan a ser tan luminosas como la Luna son producidas por partículas de tamaño centimétrico (que se denominan peebles= guijarros). Su mera existencia revela que deben ser abundantes entre los materiales formativos de los cometas. La evidencia es que la mayoría de cometas producen estas partículas y, por tanto, deben poder asociarse a los propios bloques constitutivos de los cometas. Con el tiempo los modelos formativos de los cometas han mejorado y nuestro trabajo apoya que se forman cuando una nube de esos guijarros se concentra por la aparición de flujos de materiales sólidos que acaban colapsando por una inestabilidad gravitacional. Estos guijarros han crecido por la colisión de pequeños granos de polvo, materia orgánica y hielos en la nebulosa solar. Su tamaño depende de una variedad de parámetros relacionados con el lugar de formación, la velocidad relativa entre partículas y el tamaño de los granos constituyentes, la fracción de polvo-hielo presente y la química particular de la región específica donde se formasen. Todo eso ocurre en las regiones externas del disco de materiales primigenio que se forma alrededor del Sol, antes de formarse los planetas, hace unos 4.565 millones de años.

Al ser agregados porosos, los cometas retuvieron gran cantidad de hielos y materia orgánica en su helado interior. Por ello, si esos materiales alcanzan un planeta tienen el potencial de transferir gran cantidad de compuestos volátiles pero el gran problema es que suelen seguir órbitas muy excéntricas que cuando cruzan la órbita de la Tierra lo hacen a enorme velocidad. Estimamos que un cometa de tamaño kilométrico puede chocar contra la Tierra cada mil millones de años, una carambola nada frecuente por fortuna para nosotros. Sin embargo, al pasar cerca del sistema Tierra-Luna pueden fragmentarse y sus piezas pueden encontrar formas de entregar su rico contenido.

Del estudio de los enjambres meteóricos deducimos que el flujo total de materiales cometarios que llegan a la Tierra desde corrientes de meteoroides es superior a 500 toneladas/año. Dado que estimaciones anteriores empleando otras técnicas sugieren una mayor tasa de materiales cometarios, pensamos que una gran cantidad de tales materiales cometarios llega de partículas mucho más antiguas que han sido fuertemente procesadas durante su mayor estancia en el medio interplanetario. Esa meteorización espacial tiene consecuencias muy significativas: esas frágiles partículas se erosionan por la radiación y por el impacto con pequeñas partículas del polvo zodiacal. Esto induce la pérdida de elementos volátiles y la fragmentación progresiva de las partículas en piezas más pequeñas hasta alcanzar el tamaño de los granos de polvo. Como los agregados cometarios están pegados entre sí por una mezcla de compuestos orgánicos y otros elementos volátiles, la exposición a las duras condiciones del espacio causa su desintegración. Como consecuencia, las corrientes de meteoroides pierden masa, disminuyendo la densidad numérica de los grandes agregados, pero ganando granos más pequeños si los fragmentos restantes no son volátiles, hasta su desaparición final en escalas de tiempo de cientos de miles de años.

Cuantificar la magnitud del flujo meteórico a lo largo del tiempo y, en consecuencia, el transporte de agua y elementos moderadamente volátiles a la Tierra es de gran interés astrobiológico. Posiblemente en el pasado remoto las fragmentaciones de asteroides y cometas en el espacio cercano a la Tierra hicieron posible un transporte masivo y eficiente de agua, materia orgánica y otros elementos volátiles a la Tierra primitiva. Tal escenario sería relevante en el contexto de un período temprano de alto flujo de asteroides y cometas sobre la Tierra y el sistema solar interior, ya que un mayor número de encuentros con estos cuerpos podrían haber creado vías de entrega rápida y eficiente de esos componentes esenciales para la vida.

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