Un inusual objeto cósmico está ayudando a los científicos a comprender mejor la química oculta en las atmósferas de Júpiter y Saturno, y potencialmente en las de los exoplanetas.
¿Por qué el silicio, uno de los elementos más comunes del universo, ha pasado prácticamente desapercibido en las atmósferas de Júpiter, Saturno y planetas gaseosos similares que orbitan otras estrellas? Un nuevo estudio, basado en observaciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, arroja luz sobre esta cuestión centrándose en un peculiar objeto que los astrónomos descubrieron por casualidad en 2020 y llamaron “El Accidente”.
Los resultados se publicaron el 4 de septiembre en la revista Nature.
El Accidente es una enana marrón, una bola de gas que no es exactamente un planeta ni una estrella. Incluso entre sus congéneres, ya de por sí difíciles de clasificar, El Accidente presenta una desconcertante combinación de características físicas, algunas de las cuales se habían observado previamente solo en enanas marrones jóvenes y otras solo en enanas antiguas. Debido a esas características, pasó por alto los métodos de detección típicos antes de ser descubierto hace cinco años por un científico ciudadano que participaba en Backyard Worlds: Planet 9. El programa permite a personas de todo el mundo buscar nuevos descubrimientos en los datos del ahora retirado NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA, que fue administrado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en el sur de California.
El Accidente es tan tenue y extraño que los investigadores necesitaron el observatorio espacial más potente de la NASA, el Webb, para estudiar su atmósfera. Entre varias sorpresas, encontraron evidencia de una molécula que inicialmente no pudieron identificar. Resultó ser una simple molécula de silicio llamada silano (SiH₄). Los investigadores llevaban tiempo esperando, pero sin éxito, encontrar silano no solo en los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar, sino también en las miles de atmósferas de las enanas marrones y los gigantes gaseosos que orbitan otras estrellas. El Accidente es el primer objeto de este tipo donde se ha identificado esta molécula.
Los científicos están bastante seguros de que el silicio existe en las atmósferas de Júpiter y Saturno, pero que está oculto. Unido al oxígeno, el silicio forma óxidos como el cuarzo que pueden sembrar nubes en los gigantes gaseosos calientes, similares a las tormentas de polvo de la Tierra. En gigantes gaseosos más fríos como Júpiter y Saturno, este tipo de nubes se hundirían mucho más bajo las capas más ligeras de vapor de agua y amoníaco, hasta que las moléculas que contienen silicio se encuentran en las profundidades de la atmósfera, invisibles incluso para las naves espaciales que han estudiado estos dos planetas de cerca.
Algunos investigadores también han postulado que moléculas más ligeras de silicio, como el silano, deberían encontrarse en capas más altas de estas capas atmosféricas, como restos de harina en la mesa de un panadero. El hecho de que estas moléculas no hayan aparecido en ningún otro lugar, salvo en una única y peculiar enana marrón, sugiere algo sobre la química que se produce en estos entornos.
“A veces son los objetos extremos los que nos ayudan a comprender qué sucede en los promedio”, afirmó Faherty, investigador del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York y autor principal del nuevo estudio.
Un accidente afortunado
Ubicado a unos 50 años luz de la Tierra, El Accidente probablemente se formó hace entre 10.000 y 12.000 millones de años, lo que lo convierte en una de las enanas marrones más antiguas jamás descubiertas. El universo tiene unos 14.000 millones de años, y en la época en que se desarrolló El Accidente, el cosmos contenía principalmente hidrógeno y helio, con trazas de otros elementos, como el silicio. A lo largo de eones, elementos como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno se forjaron en los núcleos de las estrellas, por lo que los planetas y las estrellas que se formaron más recientemente poseen más de esos elementos.
Las observaciones de El Accidente realizadas por el Webb confirman que el silano puede formarse en atmósferas de enanas marrones y planetarias. El hecho de que el silano parezca faltar en otras enanas marrones y planetas gigantes gaseosos sugiere que, cuando hay oxígeno disponible, se une al silicio a una velocidad tan alta y con tanta facilidad que prácticamente no queda silicio para unirse con el hidrógeno y formar silano.
Entonces, ¿por qué hay silano en El Accidente? Los autores del estudio suponen que se debe a que había mucho menos oxígeno en el universo cuando se formó la antigua enana marrón, lo que resultó en menos oxígeno en su atmósfera para absorber todo el silicio. El silicio disponible se habría unido al hidrógeno, dando lugar al silano.
“Con estas observaciones no buscábamos resolver un misterio sobre Júpiter y Saturno”, declaró Peter Eisenhardt, científico del proyecto WISE (Explorador de Sondeos Infrarrojos de Campo Amplio) del JPL, posteriormente reutilizado como NEOWISE. “Una enana marrón es una bola de gas como una estrella, pero sin un reactor de fusión interno, se enfría cada vez más, con una atmósfera similar a la de los planetas gigantes gaseosos. Queríamos comprender por qué esta enana marrón es tan extraña, pero no esperábamos silano. El universo nos sigue sorprendiendo”. Las enanas marrones suelen ser más fáciles de estudiar que los exoplanetas gigantes gaseosos porque la luz de un planeta lejano suele verse eclipsada por la estrella que orbita, mientras que las enanas marrones generalmente vuelan solas. Y las lecciones aprendidas de estos objetos se extienden a todo tipo de planetas, incluyendo aquellos fuera de nuestro sistema solar que podrían presentar indicios potenciales de habitabilidad.
“Para ser claros, no estamos encontrando vida en enanas marrones”, dijo Faherty. “Pero a gran escala, al estudiar toda esta variedad y complejidad en las atmósferas planetarias, estamos preparando a los científicos que algún día tendrán que realizar este tipo de análisis químico para planetas rocosos, potencialmente similares a la Tierra. Puede que no involucre específicamente silicio, pero obtendrán datos complejos y confusos que no se ajustan a sus modelos, al igual que nosotros. Tendrán que analizar todas esas complejidades si quieren responder a estas grandes preguntas”.
Más sobre WISE, Webb
Una división de Caltech, el JPL gestionó y operó WISE para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA. La misión fue seleccionada mediante concurso en el marco del Programa de Exploradores de la NASA, gestionado por el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la agencia en Greenbelt, Maryland. La misión NEOWISE fue un proyecto del JPL y la Universidad de Arizona en Tucson, con el apoyo de la Oficina de Coordinación de Defensa Planetaria de la NASA.
Para más información en Inglés sobre WISE, visite https://www.nasa.gov/mission_pages/WISE/main/index.html
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo y un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
Para obtener más información en Inglés sobre el Webb, visite https://science.nasa.gov/webb
Traducción no oficial con fines divulgativos del artículo original en Inglés.
Créditos: NASA / JPL-Caltech