Volátiles suministrados por vulcanismo helado en Caronte y otros mundos helados distantes

Los datos de New Horizons de la NASA revelaron un pasado geológicamente complejo en Caronte. Aquí, mostramos que las erupciones criovolcánicas liberaron suficiente metano para generar el casquete polar rojo de Caronte. Observamos la presencia de metano y sus productos en otros objetos del Cinturón de Kuiper, por lo que este proceso podría ser importante en todo el Cinturón de Kuiper.

La misión New Horizons de la NASA que sobrevoló Plutón y sus lunas en 2015 reveló algunos descubrimientos emocionantes: primero, que Plutón era, de hecho, geológicamente activo y no el mundo frío y muerto que algunos pensaban que podría ser. En segundo lugar, la luna de Plutón, Caronte, muestra evidencia de ser geológicamente activa en el pasado. Plutón y Caronte son los únicos objetos grandes del Cinturón de Kuiper (Kuiper Belt Objects, KBO) que han sido visitados por naves espaciales. Esto hace que los datos que obtuvimos para estos dos cuerpos sean extremadamente importantes porque no solo podemos aprender información sobre Plutón y Caronte, sino que también podemos aprender sobre los procesos que pueden estar ocurriendo en otros KBO grandes que aún no hemos visitado.

Caronte es un mundo fascinante cuya superficie muestra evidencia de un pasado lleno de acontecimientos. Cuando miras las imágenes de Caronte, se destacan algunas características principales: la luna tiene una cresta distintiva a lo largo del ecuador, una región extrañamente suave en el hemisferio sur, y quizás la característica más notable: un casquete polar rojo oscuro en el norte. Con base en los datos tomados de la nave espacial New Horizons, sabemos de qué está hecho este casquete polar de Caronte: hidrocarburos procesados, es decir, metano que ha sido procesado en la sustancia que podemos ver (también conocida como tolinas).

Caronte, fotografiado por la nave espacial New Horizons.

El casquete polar rojo de Caronte plantea la pregunta: ¿cómo se formó esta característica? Una hipótesis establece que el metano proviene del exterior de Caronte: de la atmósfera que escapa de Plutón. En nuestro artículo, exploramos otra hipótesis sobre cómo podría haberse formado este casquete polar: con metano del interior de Caronte, liberado en la superficie a través del criovulcanismo. El «criovulcanismo» generalmente se puede considerar como vulcanismo, pero ocurre en cuerpos helados, con agua y hielo que componen principalmente lo que consideramos «lava» con algunos otros componentes mezclados, en lugar de roca fundida. El hemisferio sur de Caronte (visto en la imagen de arriba) está cubierto por una región suave llamada Vulcan Planitia. En algún momento del pasado, Caronte experimentó un episodio de criovulcanismo que cambió la superficie de gran parte del hemisferio sur, creando Vulcan Planitia. En nuestro trabajo, predecimos que este episodio de criovulcanismo probablemente liberó algo de gas metano en la superficie de Caronte, similar a cómo las grandes erupciones en la Tierra liberan dióxido de carbono u otros gases. Queríamos saber cuánto metano podría haberse incorporado en este flujo criogénico, y el primer paso para estimar este número es determinar qué tan grande fue realmente este flujo. Estimamos exactamente cuánto metano podría haber liberado esta erupción al observar las características geológicas en la superficie de Caronte y estimar el volumen total de la erupción criovolcánica. Descubrimos que la erupción podría haber liberado hasta 1015 kg de metano, que es más de 1 billón de toneladas de metano, sobre la superficie de Caronte! Eso llenaría más de 400 millones de piscinas olímpicas con hielo de metano. 

Después de encontrar una estimación de metano, queríamos probar cuánto de este metano, si es que lo había, llegaría al polo de Caronte. Para hacer esto, escribimos un modelo que rastreó las partículas de metano mientras ‘saltaban’ a través de la superficie de Caronte para determinar su destino final, es decir, si llegarían a una latitud lo suficientemente fría donde el metano se pone como hielo, o si el metano escapa al espacio y se pierde de Caronte de forma permanente. Lo que encontramos fue que la mayor parte del metano terminaría migrando a los polos de Caronte, donde la temperatura es lo suficientemente fría para que este metano permanezca en su lugar como hielo y sea procesado por la radiación, creando el polo norte de color rojo que observamos en las imágenes.

También queríamos saber qué pasaría con el metano suministrado por el criovulcanismo en otros KBO que están mucho, mucho más lejos del Sol. Seleccionamos a Sedna como candidato para modelar las temperaturas de la superficie, porque este objeto orbita a una distancia extrema del Sol (en su punto más cercano, Sedna está solo a 76 AU en comparación con las 39 AU de Plutón y Caronte). Nuestros modelos muestran que incluso en el ecuador de Sedna, las temperaturas son lo suficientemente bajas durante todo el año como para que todo el cuerpo actúe como una especie de «trampa fría». En otras palabras, hace tanto frío que el metano en la superficie de Sedna permanecerá en el mismo lugar donde se depositó como hielo. Esto es importante porque muchos KBO, incluido Sedna, muestran evidencia de metano o productos de metano en sus superficies, y muchos no contienen un objeto cercano más grande como Plutón para extraer metano. En cambio, podría ser que el metano llegue a estas superficies de los KBO desde sus interiores a través del criovulcanismo, como sugerimos que sucedió en Caronte. Esto significa que el criovulcanismo podría ser un proceso muy importante en el Cinturón de Kuiper: ¡podría ser la razón por la que observamos tanto metano y productos de metano en las superficies de los KBO!

Fuente: Nature Porfolio Astronomy Community.

Artículo original:Volatiles supplied by icy volcanism on Charon and other distant icy worlds‘. Stephanie Menten. August 15, 2022.

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Sobre el color de los KBO

1_ Modelo de un KBO

Este modelo recortado muestra una capa roja de un objeto del Cinturón de Kuiper que se asoma a través de la delgada corteza oscurecida de arriba, de modo que el objeto aparece rojo en los telescopios. Agrandar imagen.
Crédito:
NASA/Conceptual Image Lab/Tyler Chase.

El Sol no es amable con los objetos sin atmósferas. Bombardeadas por la radiación solar, las superficies de algunos cometas, por ejemplo, tienden a ser de color un negro carbón. Pero los 1.000 objetos fotografiados hasta ahora directamente en el Cinturón de Kuiper, esa franja de cuerpos helados que giran alrededor del sol con Plutón, parecen tener una amplia gama de colores: rojo, azul y blanco.

Con escasas observaciones para continuar, la mayoría de los objetos del Cinturón de Kuiper son solo un píxel de luz para el telescopio espacial Hubble, se han desarrollado pocas hipótesis para explicar los colores. Pero un nuevo modelo de computadora traza la combinación correcta de materiales y ambiente espacial que podría producir algunos de esos hermosos tonos. El modelo sugiere que estos objetos tienen muchas capas, y que los colores rojos de un grupo particularmente interesante de estos objetos, el llamado Cinturón de Kuiper Clásico Frío, podrían provenir de materiales orgánicos en la capa justo debajo de la corteza.

«Este modelo multicapa proporciona un enfoque más flexible para comprender la diversidad de colores», dice John Cooper, heliofísico del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. «El modelo calcula la velocidad a la que entra la energía de la radiación y podría estar causando cambios a diferentes profundidades. Así que podemos definir diferentes capas basadas en eso».

El siguiente artículo lo presenta:

2_ Encuesta de Herschel sobre objetos y centauros del Cinturón de Kuiper

El color, tamaño y albedo de unos 150 KBO y centauros. El color se cuantifica por la 
pendiente del espectro óptico en % por 1000 angstrom.

El gran programa «TNOs Are Cool» observó alrededor de 150 KBO y centauros para medir su flujo infrarrojo. Estos datos se combinaron con observaciones visibles desde el suelo para obtener tamaños y albedos de los objetos. La figura de arriba muestra el albedo de los objetos (cuán lejos a la derecha a lo largo del eje horizontal se encuentran y el brillo de los objetos) graficados contra su color (los objetos más rojos se muestran más a lo largo del eje vertical). También se muestra el tamaño relativo de cada objeto. También se dibuja la forma aproximadamente parecida a un huevo de algunos de los objetos (p. ej., Haumea, abajo a la derecha). La publicación a continuación lo explica:

Una galería de los objetos más grandes conocidos en el Sistema Solar más allá de la órbita de Neptuno. 
Crédito: CC Photo a través de Wikimedia Commons.

Un ejemplo notable: Arrokoth (2014 MU69)

La forma aplanada de Arrokoth solo se puede ver desde cierta perspectiva. Las primeras imágenes devueltas por la nave espacial New Horizons de la NASA dieron la impresión de un objeto «normal» con forma de muñeco de nieve. La superficie de Arrokoth es rojiza y sorprendentemente suave y muestra solo unos pocos cráteres.
Crédito: NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Southwest Research Institute
.

El objeto transneptuniano Arrokoth, también conocido como Ultima Thule, fue sobrevolado por la sonda New Horizons el día de Año Nuevo de 2019. Arrokoth puede haber cambiado de forma significativamente en los primeros 100 millones de años desde su formación. En un nuevo trabajo, los investigadores sugieren que la forma actual aplanada de Arrokoth, podría tener un origen evolutivo debido a desgasificación volátil. Los investigadores fueron dirigidos por la Academia de Ciencias de China y el Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS).  Sus cálculos ayudan a comprender qué nos puede enseñar el estado actual de los cuerpos desde el borde del Sistema Solar sobre sus propiedades originales.

Sobre Caronte

1_ Sobrevuelo a Caronte

Esta visualización 3D de Caronte, creada usando datos de imágenes tomadas por New Horizons de la NASA.
Crédito: NASA/JHUAPL/SwRI/Roman Tkachenko.

2_ Vulcan Planitia

Un mapa anotado de Caronte, con Vulcan Planum en el hemisferio sur. Crédito: Hadron137/Wikipedia.

El artículo sobre ‘Vulcan Planitia’ del libro del libro ‘The Pluto System After New Horizons’, de Alan Stern, Investigador Principal (PI) de la Misión ‘New Horizons’:

3_ Caronte tiene un misterioso polo norte rojo, y finalmente podemos saber por qué

El compañero de vida de Plutón, Caronte, tiene una ‘gorra’ roja que desarma. Desde que New Horizons fotografió el polo norte teñido de óxido de la luna en su sobrevuelo de 2015, los científicos han reflexionado sobre los procesos planetarios responsables de dejar un hito tan audaz.

4_ Caronte a los 40: cuatro décadas de descubrimiento en la luna más grande de Plutón

La mayor de las cinco lunas de Plutón, Caronte, fue descubierta el 22 de Junio de 1978 por James Christy y Robert Harrington en el Observatorio Naval de EE. UU. en Flagstaff, Arizona, a solo unas seis millas de donde se descubrió Plutón en el Observatorio Lowell. Ni siquiera estaban buscando satélites de Plutón: Christy, examinando una serie de imágenes granuladas del telescopio, tratando de refinar la órbita de Plutón alrededor del Sol. Christy y otros cuentan la historia de este sorprendente hallazgo científico, que impulsó la transformación de Plutón de un punto telescópico a un sistema planetario real, y una fuente de muchos descubrimientos por venir. Crédito: NASA.

Antes de que la nave espacial New Horizons de la NASA volara a través del sistema de Plutón en julio de 2015, muchos científicos de New Horizons esperaban que Caronte fuera un mundo monótono y azotado por cráteres. En cambio, encontraron un paisaje cubierto de montañas gigantes, vastos cañones, un extraño casquete polar, variaciones de color en la superficie y deslizamientos de ‘tierra’.

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