El abundante oxígeno del cometa 67P es más una ilusión, sugiere un nuevo estudio

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Cuando la nave espacial Rosetta de la Agencia Espacial Europea descubrió abundante oxígeno molecular procedente del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P) en 2015, desconcertó a los científicos. Nunca habían visto a un cometa emitir oxígeno, y mucho menos en tal abundancia. Pero lo más alarmante fueron las implicaciones más profundas: que los investigadores tuvieron que dar cuenta de tanto oxígeno, lo que significó reconsiderar todo lo que pensaban que ya sabían sobre la química del sistema solar primitivo y cómo se formó.

Sin embargo, un nuevo análisis, dirigido por el científico planetario Adrienn Luspay-Kuti en el Laboratorio de Física Aplicada (APL) de Johns Hopkins en Laurel, Maryland, muestra que el descubrimiento de Rosetta puede no ser tan extraño como los científicos imaginaron por primera vez. En cambio, sugiere que el cometa tiene dos depósitos internos que hacen que parezca que hay más oxígeno del que realmente hay.

“Es una especie de ilusión”, dijo Luspay-Kuti. “En realidad, el cometa no tiene esta gran abundancia de oxígeno, al menos no en lo que respecta a su formación, pero ha acumulado oxígeno que queda atrapado en las capas superiores del cometa, que luego se libera de una sola vez”.

Si bien es común en la Tierra, el oxígeno molecular (dos átomos de oxígeno doblemente unidos entre sí) es notablemente poco común en todo el universo. Se une rápidamente a otros átomos y moléculas, especialmente a los átomos universalmente abundantes de hidrógeno y carbono, por lo que el oxígeno aparece solo en pequeñas cantidades en unas pocas nubes moleculares. Ese hecho llevó a muchos investigadores a concluir que cualquier oxígeno en la nebulosa protosolar que formó nuestro sistema solar probablemente había sido recogido de manera similar.

Sin embargo, cuando Rosetta descubrió que salía oxígeno del cometa 67P, todo se puso patas arriba. Nadie había visto oxígeno en un cometa antes, y como la cuarta molécula más abundante en la coma brillante del cometa (después del agua, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono), necesitaba alguna explicación. El oxígeno parecía salir del cometa con agua, lo que hizo que muchos investigadores sospecharan que el oxígeno era primordial, lo que significa que se unió al agua en el nacimiento del sistema solar y se acumuló en el cometa cuando se formó más tarde, o se formó del agua después de la formación del cometa.

Pero Luspay-Kuti y su equipo se mostraron escépticos. A medida que la forma de mancuerna del cometa gira gradualmente, cada “campana” (o hemisferio) se enfrenta al Sol en varios puntos, lo que significa que el cometa tiene estaciones, por lo que la conexión de oxígeno y agua podría no estar presente todo el tiempo. En períodos de tiempo cortos, los volátiles podrían potencialmente encenderse y apagarse a medida que se descongelan y se vuelven a congelar con las estaciones.

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Aprovechando estas estaciones, el equipo examinó los datos moleculares en períodos de tiempo cortos y largos justo antes de que el hemisferio sur del cometa entrara en verano y luego nuevamente justo cuando terminaba el verano. Como se informó en su estudio, publicado el 10 de marzo en Nature Astronomy, el equipo descubrió que a medida que el hemisferio sur se alejaba y estaba lo suficientemente lejos del Sol, el vínculo entre el oxígeno y el agua desaparecía. La cantidad de agua que salía del cometa cayó precipitadamente, por lo que el oxígeno parecía estar fuertemente ligado al dióxido de carbono y al monóxido de carbono, que el cometa seguía emitiendo.

“No hay forma de que eso sea posible bajo las explicaciones anteriores sugeridas”, dijo Luspay-Kuti. “Si el oxígeno fuera primordial y estuviera ligado al agua en su formación, no debería haber ningún momento en que el oxígeno se correlacione fuertemente con el monóxido de carbono y el dióxido de carbono, pero no con el agua”.

En cambio, el equipo propuso que el oxígeno del cometa no proviene del agua sino de dos depósitos: uno hecho de oxígeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono en lo profundo del núcleo rocoso del cometa, y una bolsa menos profunda más cerca de la superficie donde el oxígeno se combina químicamente con el hielo de agua. moléculas.

La idea es la siguiente: una reserva profunda de hielo de oxígeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono emite gases constantemente porque el oxígeno, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono se vaporizan a temperaturas muy bajas. Sin embargo, a medida que el oxígeno atraviesa desde el interior del cometa hacia la superficie, una parte se inserta químicamente en el hielo de agua (un componente principal del núcleo del cometa) para formar una segunda reserva de oxígeno menos profunda. Pero el hielo de agua se vaporiza a una temperatura mucho más alta que el oxígeno, por lo que hasta que el Sol calienta lo suficiente la superficie y vaporiza el hielo de agua, el oxígeno se queda atascado.

La consecuencia es que el oxígeno puede acumularse en este depósito poco profundo durante largos períodos hasta que la superficie del cometa finalmente se calienta lo suficiente como para que el hielo de agua se evapore, liberando una columna de oxígeno mucho más rica que la que estaba realmente presente en el cometa.

“Dicho de otra manera, las abundancias de oxígeno medidas en la coma del cometa no reflejan necesariamente sus abundancias en el núcleo del cometa”, explicó Luspay-Kuti.

En consecuencia, el cometa también vacilaría con las estaciones entre asociarse fuertemente con el agua (cuando el Sol calienta la superficie) y asociarse fuertemente con el dióxido de carbono y el monóxido de carbono (cuando esa superficie mira en dirección opuesta al Sol y el cometa está lo suficientemente lejos) — exactamente lo que observó Rosetta.

“Esta no es solo una explicación: es la explicación porque no hay otra posibilidad”, dijo Olivier Mousis, científico planetario de la Universidad Aix-Marseille de Francia y coautor del estudio. “Si el oxígeno solo viniera de la superficie, no verías estas tendencias observadas por Rosetta”.

La principal implicación, dijo, es que significa que el oxígeno del cometa 67P es, de hecho, oxígeno que se acumuló al comienzo del sistema solar. Es solo que es solo una fracción de lo que la gente había pensado.

Luspay-Kuti dijo que quiere profundizar en el tema examinando las especies moleculares menores del cometa, como el metano y el etano, y su correlación con el oxígeno molecular y otras especies importantes. Ella sospecha que esto ayudará a los investigadores a tener una mejor idea del tipo de hielo en el que se incorporó el oxígeno.

“Todavía tienes que encontrar una forma de incorporar el oxígeno en el cometa”, dijo Luspay-Kuti, considerando que la cantidad de oxígeno sigue siendo mayor que la que se ve en la mayoría de las nubes moleculares. Pero dijo que esperaba que la mayoría de los investigadores acogieran el estudio y sus conclusiones con un suspiro de alivio.

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