El James Webb detecta indicios de actividad geológica en los planetas enanos Eris y Makemake

La geología activa, y la química a gran escala que impulsa, requiere enormes cantidades de calor. Los planetas enanos cercanos a los confines del Sistema Solar, como Plutón y otros objetos del Cinturón de Kuiper, se formaron a partir de materiales gélidos y helados y, por lo general, nunca han transitado lo suficientemente cerca del Sol como para calentarse de forma considerable. Es probable que el calor sobrante de su formación se perdiera en el espacio hace mucho tiempo.

Sin embargo, Plutón resultó ser un mundo rico en fenómenos geológicos, algunos de las cuales implicaban una reactivación continua de la superficie del planeta enano. La semana pasada, los investigadores informaron que lo mismo podría ocurrir con otros planetas enanos del Cinturón de Kuiper. La evidencia llega gracias a las capacidades del telescopio Webb, que pudo distinguir diferencias en los isótopos de hidrógeno presentes en las sustancias químicas que pueblan la superficie de Eris y Makemake.

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Los objetos del Cinturón de Kuiper son originarios del lejano Sistema Solar, se formaron lo suficientemente alejados del calor del Sol como para que muchos materiales que en los planetas interiores son gases, como el nitrógeno, el metano y el dióxido de carbono, en ellos sean hielos sólidos. Muchos de estos cuerpos se desarrollaron lo bastante apartados de la influencia gravitatoria de los ocho planetas principales como para no haber hecho nunca un viaje al Sistema Solar interior, más cálido. Además, como había mucho menos material tan distante del Sol, la mayoría de los cuerpos son bastante pequeños.

Aunque se habrían originado a altas temperaturas debido al proceso por el que se formaron, su tamaño reducido implica una relación superficie-volumen relevante, lo que permite que el calor interno se irradie al espacio con relativa rapidez. Desde entonces, el calor procede de colisiones poco frecuentes o de la desintegración de los isótopos radiactivos.

Sin embargo, la visita de la misión “New Horizons” a Plutón dejó claro que no hace falta mucho calor para provocar una geología activa, aunque es probable que los cambios estacionales de la luz solar expliquen algunas de sus características. Es menos probable que la luz del Sol influya en mundos como Makemake, que orbita a una distancia equivalente a una vez y media el máximo acercamiento de Plutón al Sol. Eris, que es casi tan grande como Plutón, orbita a más del doble de la mayor aproximación de este último al astro.

Enviar una misión a cualquiera de estos planetas llevaría décadas y actualmente no hay ninguna en desarrollo, por lo que no podemos determinar el aspecto de sus superficies. Pero eso no significa que no sepamos nada de ellos. Y el telescopio espacial James Webb contribuyó a incrementar nuestro conocimiento sobre ellos.

El James Webb se empleó para obtener imágenes de la luz solar reflejada en estos objetos, obteniendo su espectro infrarrojo, es decir, la cantidad de luz en diferentes longitudes de onda. El espectro depende de la composición química de la superficie de los planetas enanos. Ciertas sustancias químicas absorben determinadas longitudes de onda de la luz infrarroja, evitando que se reflejen. Si observamos dónde disminuye el espectro, podremos averiguar qué sustancias químicas están presentes en ellos.

Parte de ese trabajo ya se llevó a cabo. Pero el James Webb es capaz de captar imágenes de partes del espectro que antes eran inaccesibles y sus instrumentos son incluso aptos para reconocer los distintos isótopos de los átomos que componen cada sustancia química. Por ejemplo, algunas moléculas de metano (CH4) tendrán, al azar, uno de sus átomos de hidrógeno intercambiado por su isótopo más pesado, el deuterio, formando CH3D. Estos isótopos actúan como posibles trazadores y nos revelan información sobre el origen de las sustancias químicas.

Tanto Eris como Makemake poseen mucho hielo de metano en sus superficies y hay indicios de hielo de nitrógeno en Eris, aunque no en Makemake. Sorprendentemente, el monóxido de carbono no aparece en ninguno de los dos cuerpos, aunque es un componente importante de los hielos de los cometas, que también se cree que proceden del Cinturón de Kuiper. Esta es la primera señal de que algo extraño estaría ocurriendo en las superficies de estos cuerpos.

También falta cualquier rastro de las moléculas orgánicas más complejas que suelen formarse cuando el metano se expone a la radiación. Entre ellas están el etano, el etileno y el acetileno. El agua, el dióxido de carbono y el amoníaco tampoco figuran en el espectro.

Nada de esto quiere decir que estas sustancias químicas no estén presentes en los planetas. Solo indica que probablemente no sean componentes principales de su superficie.

Los investigadores también buscaron la presencia de metano con distintos isótopos de su carbono e hidrógeno. Estos incluyen dos versiones distintas del carbono (carbono-12 y -13), así como hidrógeno y deuterio. Estas mediciones se convirtieron en proporciones entre los dos isótopos y estas se compararon con las de otros cuerpos del Sistema Solar.

Se cree que los cuerpos más alejados del Sol están compuestos por materiales con proporciones isotópicas similares a las de la materia prima con la que se formó el Sistema Solar, ya que los isótopos originales se congelaron. Es de esperar que los que están más cerca del Sol sean lo suficientemente dinámicos como para sufrir reacciones químicas que alteren estas proporciones iniciales. Así que los resultados de las imágenes del James Webb eran peculiares, ya que las proporciones de hidrógeno-deuterio son mucho más bajas de lo esperado para el material primitivo del Sistema Solar, como se registró en un análisis del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko efectuado por la misión “Rosetta”.

En cambio, la proporción entre los dos isótopos diferentes de carbono era más o menos la que cabría esperar, lo que sugiere que lo que alteraba la proporción entre hidrógeno y deuterio no lo hacía simplemente en función del peso isotópico.

A los investigadores les quedaron algunas interrogantes. Una implicaba a los isótopos de hidrógeno inesperados. Otra era el hecho de que muchos de los hielos previstos parecían faltar en el espectro. Por último, tanto metano en la superficie debería haber reaccionado para producir sustancias químicas orgánicas más complejas, como se observa en otros cuerpos del Sistema Solar. Pero tampoco estaban presentes.

Los investigadores observaron que las proporciones de isótopos de hidrógeno se asemejaban mucho a las del agua hallada en cuerpos helados de todo el Sistema Solar. Así que decidieron comprobar si parte del metano pudo formarse en algún momento después de Makemake y Eris. La idea implicaría que el agua reaccionara con un compuesto simple de carbono, como el monóxido, para generar metano, o que participara en la descomposición de sustancias químicas orgánicas más complejas. Cualquiera de las dos opciones daría lugar a metano con una proporción isotópica similar a la del agua que se observa en otros lugares del Sistema Solar. Pero las reacciones que permitirían conseguirlo requieren temperaturas muy superiores al punto de ebullición del agua. Esto es algo inesperado para cuerpos helados como Makemake o Eris, que no sufren el tipo de interacciones gravitatorias que crean océanos en lunas como Encélado y Mimas.

Pero las estimaciones de la desintegración radiactiva en los núcleos rocosos de estos cuerpos probablemente provocaría temperaturas suficientemente altas durante una parte de su evolución. Esto es particularmente aplicable a Eris, que cuenta con una densidad elevada que sugiere un núcleo rocoso relativamente grande. En este análisis está implícito que el calor fue probablemente suficiente para haber creado un océano bajo la superficie e impulsado una circulación suficiente en los hielos de la corteza para que el metano generado saliera.

Una posibilidad sorprendente es que algunos aspectos de este proceso quizá aún estén en curso. Eso explicaría la relativa ausencia de sustancias químicas orgánicas complejas en la superficie de Eris y, en menor medida, de Makemake, que tiene un tono algo rojizo. Esto explicaría que alguna actividad siguiera aportando metano fresco a la superficie. No implica necesariamente un océano bajo esta, pero sí suficiente calor como para que partes de la corteza circulen entre ella y el límite núcleo/corteza.

Es importante reconocer que este trabajo se basa en una serie de suposiciones y aproximaciones y no puede considerarse la última palabra. Las ideas aquí expuestas se beneficiarían de un mejor muestreo del material de los cometas, que deberían compartir gran parte de la química básica con estos planetas enanos, pero carecen del posible calentamiento interno.

Aun así, dado lo que hemos aprendido sobre Plutón y otros cuerpos helados, las ideas aquí expuestas no parecen tan radicales como hace unas décadas. Lo que sí resulta impactante es nuestra capacidad para medir las proporciones de isótopos en planetas tan alejados de la Tierra.

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