Los meteoritos horneados dan pistas sobre atmósferas planetarias

Los gases liberados de las muestras de meteoritos calentadas en un horno de alta temperatura contienen datos valiosos. Pueden informar a los científicos sobre la composición inicial de las atmósferas de los exoplanetas rocosos.

Se cree que las atmósferas tempranas de los planetas rocosos se forman principalmente a partir de gases liberados de la superficie del planeta. Son el resultado del intenso calentamiento durante la acumulación de bloques de construcción planetarios y la posterior actividad volcánica al principio del desarrollo del planeta. 
Crédito ilustración: Dan Durda / Southwest Research Institute.

Una nueva investigación se llevó a cabo en el laboratorio de las atmósferas iniciales de planetas rocosos similares a la Tierra. Los investigadores de la UC Santa Cruz calentaron muestras de meteoritos prístinos en un horno de alta temperatura y analizaron los gases liberados.

Sus resultados sugieren que las atmósferas iniciales de los planetas terrestres pueden diferir significativamente de las suposiciones comunes utilizadas en modelos teóricos de atmósferas planetarias.  Los resultados fueron publicados el 15 de Abril en Nature Astronomy.

“Esta información será importante cuando comencemos a poder observar atmósferas de exoplanetas con nuevos telescopios e instrumentación avanzada”, dijo la primera autora Maggie Thompson. Ella es estudiante graduada en Astronomía y Astrofísica en UC Santa Cruz.

Formación de atmósferas en planetas rocosos

Se cree que las atmósferas tempranas de los planetas rocosos se forman principalmente a partir de gases liberados de la superficie del planeta. Es el resultado del intenso calentamiento durante la acumulación de bloques de construcción planetarios y la posterior actividad volcánica al principio del desarrollo del planeta.

«Cuando los componentes básicos de un planeta se unen, el material se calienta y se producen gases. Si el planeta es lo suficientemente grande, los gases se retendrán como atmósfera», explicó la coautora Myriam Telus. Ella es Profesora Asistente de Ciencias de la Tierra y Planetarias en UC Santa Cruz. «Estamos tratando de simular en el laboratorio este proceso muy temprano en el que se está formando la atmósfera de un planeta. El objetivo es poder poner algunas limitaciones experimentales en esa historia».

Un tipo especial de meteoritos contiene la información

Los investigadores analizaron tres meteoritos de un tipo conocido como condritas carbonáceas tipo CM. Éstas tienen una composición considerada representativa del material a partir del cual se formaron el Sol y los planetas.

En los experimentos de desgasificación se analizaron muestras de tres meteoritos de condrita carbonosa: Murchison, Jbilet Winselwan y Aguas Zarcas. 
(Imágenes cortesía de M. Thompson)

“Estos meteoritos son materiales sobrantes de los bloques de construcción que formaron los planetas en nuestro Sistema Solar”, dijo Thompson. “Las condritas se diferencian de otros tipos de meteoritos en que no se calentaron lo suficiente como para derretirse. Entonces contienen algunos de los componentes más primitivos que pueden informarnos sobre la composición del Sistema Solar en el momento de la formación del planeta.»

Realizando la investigación

Trabajando con científicos de materiales en el departamento de física, los investigadores instalaron un horno conectado a un espectrómetro de masas y un sistema de vacío. Las muestras de meteorito se calentaron a 1200 grados Celsius y el sistema analizó los gases volátiles producidos a partir de los minerales de la muestra. El vapor de agua fue el gas dominante, con cantidades significativas de monóxido de carbono y dióxido de carbono. También se liberaron cantidades más pequeñas de hidrógeno y gases de sulfuro de hidrógeno.

La Profesora Asistente Myriam Telus (izquierda) y la estudiante de posgrado Maggie Thompson en el laboratorio donde realizaron experimentos de desgasificación de meteoritos. 
Crédito imagen:
Jeremy Colvin.

El resultado contradice una asunción de los modelos de atmósferas planetarias

Según Telus, los modelos de atmósferas planetarias a menudo asumen abundancias solares, es decir, una composición similar al Sol y, por lo tanto, dominada por hidrógeno y helio.

“Sin embargo, basándose en la desgasificación de los meteoritos, cabría esperar otra cosa. El vapor de agua sería el gas dominante, seguido del monóxido de carbono y el dióxido de carbono”, dijo. «El uso de la abundancia solar está bien para los planetas grandes del tamaño de Júpiter que adquieren sus atmósferas de la nebulosa solar. Pero se cree que los planetas más pequeños obtienen más sus atmósferas de la desgasificación».

Haciendo una verificación

Los investigadores compararon sus resultados con las predicciones de los modelos de equilibrio químico basados ​​en la composición de los meteoritos. «Cualitativamente, obtenemos resultados similares a lo que predicen los modelos de equilibrio químico de lo que debería ser desgasificado, pero también hay algunas diferencias», dijo Thompson. “Se necesitan experimentos para ver qué sucede realmente en la práctica.  Queremos hacer esto para una amplia variedad de meteoritos para proporcionar mejores restricciones para los modelos teóricos de atmósferas exoplanetarias”.

Otros investigadores han realizado experimentos de calentamiento con meteoritos, pero esos estudios fueron para otros propósitos y utilizaron métodos diferentes. “Mucha gente está interesada en lo que sucede cuando los meteoritos entran en la atmósfera de la Tierra. Por lo que ese tipo de estudios no se realizaron con este marco en mente para comprender la desgasificación”, dijo Thompson.

Los tres meteoritos analizados para este estudio fueron los siguientes. La condrita de Murchison, que cayó en Australia en 1969. Jbilet Winselwan, recolectado en el Sáhara Occidental en 2013; y Aguas Zarcas, que cayó en Costa Rica en 2019.

Porqué usar meteoritos de nuestro Sistema Solar

“Puede parecer arbitrario usar meteoritos de nuestro Sistema Solar para comprender exoplanetas alrededor de otras estrellas. Pero los estudios de otras estrellas están encontrando que este tipo de material es en realidad bastante común alrededor de otras estrellas”, señaló Telus.

La investigación reunió a investigadores de tres departamentos de la UCSC: Astronomía y Astrofísica, Ciencias de la Tierra y Planetarias y Física.  Además de Thompson y Telus, los coautores del artículo incluyen a los siguientes investigadores. El Astrofísico Jonathan Fortney y los Físicos Toyanath Joshi y David Lederman en UC Santa Cruz, y Laura Schaefer en la Universidad de Stanford. Esta investigación fue apoyada por la NASA y la Fundación ARCS.

Fuente: Universidad de California Santa Cruz.

Artículo original: «Baked meteorites yield clues to planetary atmospheres«. Tim Stephens. April 15, 2021.

Material relacionado

Sobre el meteorito de Aguas Zarcas

Un meteorito inusual en forma de punta de flecha procedente de la caída de Aguas Zarcas, que pesa 146,2 gramos. Esta muestra pertenece al coleccionista privado Michael Farmer. 
Crédito imagen: ASU.

El 23 de Abril de 2019 por la noche, los residentes de Aguas Zarcas,  vieron una gran “bola de fuego” en el cielo. Aguas Zarcas es un pequeño pueblo de Costa Rica.

La bola de fuego reportada era un meteoro del tamaño de una lavadora. Cuando entró en la atmósfera de la Tierra, se separó y llovieron cientos de meteoritos en y alrededor de la pequeña ciudad. Entre ellos una roca de dos libras (0.9 Kilos) que se estrelló contra el techo de una casa local, rompiendo la mesa del comedor de abajo.

Los primeros informes indicaron que este meteorito pertenece a un grupo especial llamado “condritas carbonosas” que son ricas en compuestos orgánicos y están llenas de agua.

 La última caída de un meteorito de condritas carbonáceas de este significado, ocurrió hace 50 años en 1969. El meteorito cayó a la Tierra cerca de Murchison, Australia, en 1969 y es uno de los meteoritos más estudiados del mundo.

El siguiente artículo lo presenta en detalle:

Curiosidades

Un planeta distante puede estar en su segunda atmósfera

Representación artística del exoplaneta GJ 1132 b.
Créditos:
NASAESA, and R. Hurt (IPAC/Caltech)
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El exoplaneta del tamaño de la Tierra puede haber perdido su atmósfera original, pero ganó una segunda a través del vulcanismo.

En órbita alrededor de una estrella enana roja a 41 años luz de distancia, se encuentra un exoplaneta rocoso del tamaño de la Tierra. Su nombre es GJ 1132 b. En cierto modo, GJ 1132 b tiene paralelos intrigantes con la Tierra, pero en otros aspectos es muy diferente. Una de las diferencias es que su atmósfera nebulosa contiene una mezcla tóxica de hidrógeno, metano y cianuro de hidrógeno. 

Los científicos que utilizan el telescopio espacial Hubble han encontrado evidencia de que esta no es la atmósfera original del planeta. Además que la primera fue destruida por la radiación abrasadora de la estrella madre cercana de GJ 1132 b. Se cree que la llamada «atmósfera secundaria» se formó cuando la lava fundida debajo de la superficie del planeta rezumó continuamente a través de fisuras volcánicas. Los gases que se filtran a través de estas grietas parecen reponer constantemente la atmósfera, que de otro modo también sería eliminada por la estrella.

La publicación a continuación lo expone:

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