Inesperado hallazgo de vapores de metales pesados en cometas de nuestro Sistema Solar — y más allá
19 de Mayo de 2021, Madrid
Un nuevo estudio, realizado por un equipo belga que ha utilizado datos del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (VLT de ESO) ha demostrado que hay hierro y níquel en las atmósferas de los cometas de todo nuestro Sistema Solar, incluso en aquellos más alejados del Sol. Otro estudio, llevado a cabo por un equipo polaco que también utilizó datos de ESO, confirmó que el vapor de níquel también está presente en el cometa interestelar helado 2I/Borisov. Es la primera vez que los metales pesados, generalmente asociados con ambientes calientes, se encuentran en las atmósferas frías de cometas distantes.
"Fue una gran sorpresa detectar átomos de hierro y níquel en la atmósfera de todos los cometas que hemos observado en las últimas dos décadas, unos 20, e incluso en los que están más lejos del Sol, en el entorno frío del espacio", afirma Jean Manfroid, de la Universidad de Lieja (Bélgica), quien dirige el nuevo estudio sobre cometas del Sistema Solar publicado hoy en Nature.
En astronomía se sabe que existen metales pesados en los interiores polvorientos y rocosos de los cometas. Pero, debido a que los metales sólidos no suelen "sublimar" (volverse gaseosos) a bajas temperaturas, no esperaban encontrarlos en las atmósferas de cometas fríos que viajan lejos del Sol. Ahora, estos vapores de níquel y hierro se han detectado incluso en cometas observados a más de 480 millones de kilómetros del Sol, más del triple de la distancia Tierra-Sol.
El equipo belga descubrió la presencia de hierro y níquel en las atmósferas de los cometas en cantidades muy parecidas. En la materia de nuestro Sistema Solar (por ejemplo, la que se encuentra en el Sol y en los meteoritos), suele haber unas diez veces más de hierro que de níquel. Por lo tanto, este nuevo resultado tiene implicaciones para comprender cuestiones relacionadas con el Sistema Solar temprano, aunque el equipo todavía está identificando cuáles pueden ser.
"Los cometas se formaron hace unos 4.600 millones de años, cuando el Sistema Solar era muy joven, y no han cambiado desde entonces. En ese sentido, para quienes nos dedicamos a la investigación astronómica, son como fósiles", explica el coautor del estudio, Emmanuel Jehin, también de la Universidad de Lieja.
Aunque el equipo belga lleva casi 20 años estudiando estos objetos "fósiles" con el VLT de ESO, no habían detectado la presencia de níquel y hierro en sus atmósferas hasta ahora. "Este descubrimiento pasó por debajo del radar durante muchos años", declara Jehin.
El equipo utilizó datos del instrumento UVES (Ultraviolet and Visual Echelle Spectrograph, espectrógrafo echelle para el ultravioleta y el visible), instalado el VLT de ESO, que utiliza una técnica llamada espectroscopia para analizar las atmósferas de cometas a diferentes distancias del Sol. Esta técnica permite revelar la composición química de los objetos cósmicos: cada elemento químico deja una firma única — un conjunto de líneas — en el espectro de la luz de los objetos.
El equipo belga había detectado líneas espectrales débiles y no identificadas en los datos de UVES y, en una inspección más detallada, se dieron cuenta de que estaban indicando la presencia de átomos neutros de hierro y níquel. Una razón por la que los elementos pesados eran difíciles de identificar es que existen en cantidades muy pequeñas: el equipo estima que por cada 100 kg de agua en las atmósferas de los cometas sólo hay 1 g de hierro, y aproximadamente la misma cantidad de níquel.
"Por lo general, hay 10 veces más cantidad de hierro que de níquel, y en esas atmósferas de cometas encontramos aproximadamente la misma cantidad para ambos elementos. Llegamos a la conclusión de que podrían provenir de un tipo especial de material situado en la superficie del núcleo del cometa, sublimando a una temperatura bastante baja y liberando hierro y níquel en aproximadamente las mismas proporciones", explica Damien Hutsemékers, también miembro del equipo belga de la Universidad de Lieja.
Aunque el equipo aún no está seguro de qué material podría ser, los avances en astronomía, como el instrumento METIS (Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, espectrógrafo y captador de imagen en el infrarrojo medio para el ELT), que se instalará en el fututo ELT (Extremely Large Telescope, telescopio extremadamente grande) de ESO, permitirán a los investigadores confirmar la fuente de los átomos de hierro y níquel que se encuentran en las atmósferas de estos cometas.
El equipo belga espera que su estudio allane el camino para futuras investigaciones. "Ahora la gente buscará esas líneas en sus datos de archivo de otros telescopios", declara Jehin. "Creemos que esto también dará lugar a nuevos estudios sobre el tema".
Metales pesados interestelares
Otro destacado estudio publicado hoy en Nature muestra que los metales pesados también están presentes en la atmósfera del cometa interestelar 2I/Borisov. Utilizando el espectrógrafo X-shooter, instalado en el VLT de ESO, un equipo de Polonia observó este objeto, el primer cometa alienígena en visitar nuestro Sistema Solar, cuando el cometa se acercó hace aproximadamente un año y medio. Descubrieron que la atmósfera fría de 2I/Borisov contiene níquel en estado gaseoso.
"Al principio nos costó creer que el níquel atómico realmente pudiera estar presente en 2I/Borisov, tan lejos del Sol. Se necesitaron numerosas pruebas y confirmaciones antes de que finalmente pudiéramos convencernos de que era así", afirma el autor del estudio, Piotr Guzik, de la Universidad Jaguelónica (Polonia). El hallazgo es sorprendente porque, antes de los dos estudios publicados hoy, los gases con átomos de metales pesados sólo se habían observado en ambientes calurosos, como en las atmósferas de exoplanetas ultra-calientes o cometas en evaporación que pasaban demasiado cerca del Sol. 2I/Borisov se observó cuando estaba a unos 300 millones de kilómetros del Sol, aproximadamente el doble de la distancia Tierra-Sol.
Estudiar en detalle los cuerpos interestelares es fundamental para la ciencia, ya que contienen información muy valiosa sobre los sistemas planetarios alienígenas de los que provienen. "De repente entendimos que el níquel gaseoso está presente en las atmósferas cometarias de otros rincones de la Galaxia", afirma el coautor, Michał Drahus, también de la Universidad Jaguelónica.
Los estudios polaco y belga muestran que los cometas del Sistema Solar y el cometa 2I/Borisov tienen aún más en común de lo que se pensaba. Y Drahus concluye con esta reflexión: "Ahora imaginen que los cometas de nuestro Sistema Solar tienen sus verdaderos análogos en otros sistemas planetarios, ¿no sería estupendo?".
Información adicional
Estos trabajos de investigación se han presentado en dos artículos que aparecen en la revista Nature.
El equipo que llevó a cabo el estudio “Iron and nickel atoms in cometary atmospheres even far from the Sun“ (https://doi.org/10.1038/s41586-021-03435-0) está compuesto por J. Manfroid, D. Hutsemékers & E. Jehin (Instituto STAR, Universidad de Lieja, Bélgica).
El equipo que llevó a cabo el estudio “Gaseous atomic nickel in the coma of interstellar comet 2I/Borisov” está compuesto por Piotr Guzik y Michał Drahus (Observatorio Astronómico, Universidad Jaguelónica, Cracovia, Polonia).
ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico basado en tierra más productivo del mundo. Cuenta con dieciséis países miembros: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Irlanda, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de potentes instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desempeña un importante papel promoviendo y organizando la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. También en Paranal, ESO albergará y operará el CTA Sur (Cherenkov Telescope Array South), el observatorio de rayos gamma más grande y sensible del mundo. ESO también es socio principal de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.
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