detectan vastas reservas de compuestos de carbono

Los confines del sistema solar han revelado un secreto inesperado. Un equipo de investigadores ha detectado vastas reservas de dióxido de carbono (CO₂) y monóxido de carbono (CO) en objetos transneptunianos (TNOs), cuerpos helados situados más allá de la órbita de Neptuno. Este hallazgo, realizado gracias al telescopio espacial James Webb (JWST), cuestiona algunas de las ideas previas sobre la formación y evolución de estos objetos, considerados reliquias del sistema solar primitivo.

Aunque este descubrimiento fue publicado en mayo de 2024 en Nature Astronomy, ha pasado desapercibido en medios generalistas, a pesar de su relevancia para la astrofísica. No obstante, una reciente nota de un blog de la NASA recuerda su importancia. Liderado por Mário Nascimento De Prá y Noemí Pinilla-Alonso, demuestra que el CO₂ es un componente ampliamente distribuido en los TNOs, independientemente de su tamaño o tipo dinámico, mientras que el CO solo aparece en aquellos cuerpos con una alta abundancia de CO₂​. Este descubrimiento no solo proporciona pistas sobre la composición original del disco protoplanetario, sino que también plantea nuevas preguntas sobre la evolución química de estos objetos.

¿Qué son los TNOs?

Los objetos transneptunianos (TNOs) son cuerpos helados que orbitan el Sol más allá de Neptuno, a más de 30,1 unidades astronómicas (UA) de distancia. Se consideran restos primitivos del sistema solar, conservando materiales poco alterados desde su formación. A diferencia de los asteroides del cinturón principal, los TNOs contienen grandes cantidades de hielos volátiles, como metano, nitrógeno y monóxido de carbono, lo que influye en sus colores y reflectividad. De la larga lista de los TNOs, algunos son rojizos debido a la radiación cósmica que altera sus compuestos superficiales, mientras que otros tienen tonos más neutros o azulados​.

Existen diferentes tipos de TNOs según sus órbitas. Los plutinos están en resonancia con Neptuno, como Plutón; los cubewanos siguen trayectorias más estables; y los objetos del disco disperso tienen órbitas excéntricas, probablemente alteradas por encuentros gravitacionales. También hay sednoides, cuerpos extremadamente alejados cuya presencia sugiere la influencia de fuerzas aún desconocidas​.

Un descubrimiento inesperado en los límites del sistema solar

Hasta ahora, los científicos habían asumido que el dióxido de carbono en los TNOs era escaso o estaba enterrado bajo otras capas de material. Sin embargo, los datos obtenidos por el JWST revelaron que está presente en la gran mayoría de los objetos observados. De los 59 TNOs analizados en el estudio, 56 contenían CO₂ y 28 mostraban señales de CO, con seis detecciones marginales​.

La presencia de CO resulta especialmente intrigante, ya que es un compuesto altamente volátil, incluso en las temperaturas extremadamente frías de los TNOs, que rondan los -220 °C. Su detección en tantos cuerpos celestes sugiere que, además de haber sido acumulado en la formación de estos objetos, también podría estar generándose en sus superficies a través de procesos de irradiación de otras moléculas ricas en carbono​.

Cómo permitió el hallazgo el JWST

Los TNOs son extremadamente tenues y fríos, lo que ha dificultado su estudio en el pasado. Observaciones desde la Tierra han sido limitadas debido a la interferencia de la atmósfera y la escasez de telescopios con la resolución y sensibilidad necesarias para detectar compuestos volátiles en estos cuerpos.

El JWST, gracias a su instrumento NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), ha permitido por primera vez un análisis detallado de la composición superficial de estos objetos. El espectrógrafo del JWST divide la luz en cientos o miles de longitudes de onda individuales, permitiendo identificar la firma química de diferentes materiales. Esto ha revelado la presencia generalizada de CO₂, CO y otros compuestos como agua, metanol y compuestos orgánicos complejos​.

Dos clases de TNOs según su composición

El equipo de investigación identificó dos grandes grupos de TNOs según su composición superficial:

1. TNOs con una mezcla de CO₂ y agua: En estos objetos, el dióxido de carbono aparece mezclado con agua y metanol, lo que sugiere que ha estado expuesto a procesos de irradiación que han modificado su estructura química.
2. TNOs con CO₂ y CO predominantes: En estos casos, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono parecen estar presentes en una forma más pura, sin mezclarse con otros compuestos, lo que podría indicar que se depositaron en condiciones distintas a las del primer grupo​.

Este hallazgo es clave para entender cómo se formaron y evolucionaron los TNOs en el disco protoplanetario, ya que las diferencias en su composición podrían estar relacionadas con su lugar de origen y la historia de su migración​.

¿Cómo se originó el CO en los TNOs?

Si bien el CO₂ es un compuesto que pudo haber sido acumulado en la formación del sistema solar, el origen del CO es más incierto. Una posibilidad es que haya sido atrapado en estos cuerpos en su formación, pero su alta volatilidad hace que esto sea poco probable.

En cambio, los investigadores plantean otra hipótesis: el CO podría estar siendo producido actualmente en los TNOs por la irradiación de compuestos ricos en carbono, como el CO₂ y el metanol, por partículas cargadas provenientes del Sol y del espacio interestelar​.

Para comprobar esta idea, el equipo está realizando experimentos en laboratorio en los que simulan las condiciones de la superficie de los TNOs y estudian cómo la radiación afecta a los hielos de CO₂ y metanol. Los primeros resultados sugieren que la irradiación puede descomponer estas moléculas y generar CO como subproducto, lo que encajaría con lo observado en los datos del JWST​.

Un cambio de paradigma en la exploración del sistema solar

Los objetos transneptunianos han sido considerados durante mucho tiempo archivos del pasado del sistema solar, pero los nuevos hallazgos sugieren que son mucho más dinámicos de lo que se pensaba.

Antes, se creía que el agua era el principal constituyente de los TNOs, pero los resultados del JWST indican que el CO₂ es aún más abundante que el agua en algunos de estos objetos, lo que cambia radicalmente nuestra comprensión de su composición​.

Por otra parte, el descubrimiento del CO en tantas superficies sugiere que los procesos químicos activos en los TNOs han sido subestimados. La detección de este compuesto en pequeñas cantidades en los objetos más rojizos de la muestrarefuerza la idea de que su presencia está ligada a la irradiación de otros compuestos ricos en carbono​.

Estos hallazgos aportan pistas clave para reconstruir la historia del sistema solar y entender cómo evolucionaron sus componentes más primitivos, lo que no solo ayuda a los científicos a comprender la formación de planetas y lunas, sino que también nos acerca a responder preguntas fundamentales sobre el origen de la Tierra y la posibilidad de condiciones similares en otros sistemas planetarios.