El telescopio detectó una misteriosa señal de absorción de luz en la superficie de Titán y en Plutón. La señal podría corresponder a compuestos orgánicos desconocidos
Buenos Aires-(Nomyc)-El descubrimiento, que se publicará en la revista Astronomy & Astrophysics, representa un avance significativo en la comprensión de la química de estos cuerpos celestes, que comparten atmósferas dominadas por nitrógeno y metano, pero que presentan condiciones superficiales muy diferentes.
Titán, posee una atmósfera densa en extremo, con una presión superficial 1,5 bares, unas 50 veces mayor que la de la Tierra compuesta de nitrógeno como elemento principal y metano, lo que dificultó de manera histórica el estudio espectroscópico de su superficie.
La radiación solar que llega a la superficie, debe atravesar varias capas de gases y partículas de niebla que absorben y dispersan la luz y la composición química de la superficie sólida de Titán es muy incierta, según los investigadores.
Los científicos, aprovechan ahora, la alta sensibilidad del JWST y su amplia cobertura espectral para explorar una ventana atmosférica entre 4,9 y 5,4 micrómetros, la más amplia y menos afectada por la extinción de la niebla y en esta región, el espectro de luz reflejada por la superficie es más accesible.
Absorción fuera de lugar: al analizar los espectros obtenidos por los instrumentos NIRSpec y MIRI del JWST, el equipo de investigación liderado por B. Bézard y sus colaboradores encontró una característica inesperada: una absorción de luz centrada en 5,113 micrómetros, con una profundidad del 6 al 7 por ciento en la superficie de Titán.
Lo sorprendente, es que esta señal “no coincide con ningún compuesto conocido en la atmósfera de Titán y los investigadores, compararon sus observaciones con modelos de transferencia radiativa que incluyen todos los gases y partículas de niebla conocidos, y la absorción no aparecía en las simulaciones, característica que sin estructura, más ancha que una típica rama-Q molecular, no se parece a una absorción atmosférica”, señalan los autores y agregan “No puede deberse a absorción residual de metano”.
Para confirmar que la señal proviene de la superficie y no de la atmósfera, los científicos compararon el espectro del centro del disco de Titán con el de los bordes, ya que si la absorción fuera atmosférica, sería más intensa en el borde, donde la luz atraviesa una mayor cantidad de gas, aunque sin embargo, observaron lo contrario: la señal era más débil en el borde, lo que a su vez sugiere de manera segura que “esta absorción se origina en la superficie y no en un gas atmosférico”, concluyen los investigadores.
El equipo, también examinó los datos del JWST de a Plutón, observado en mayo de 2023 y para su sorpresa, encontraron la misma absorción en 5,113 micrómetros, aunque con características diferentes aunque en Plutón, la señal es cerca de tres veces más ancha que en Titán, aunque su profundidad es similar en un 4-5 por ciento y esta diferencia de anchura, podría proporcionar pistas importantes sobre la naturaleza del compuesto responsable y las condiciones en la superficie de ambos cuerpos, ya que “si la misma especie molecular es responsable de esta señal en ambos cuerpos, se pueden considerar varios mecanismos para explicar el mayor ancho observado en Plutón”, explican los autores.
Candidatos: los investigadores revisaron de manera extensa la literatura científica en busca de compuestos que pudieran producir esta absorción para lo que examinaron espectros de hielos de compuestos detectados en las atmósferas de Titán y Plutón, como etano, etileno, acetileno, propano, benceno, cianuro de hidrógeno y otros y ninguna de las bandas referenciadas en estas publicaciones, corresponde a la ubicación de la absorción observada en Titán y Plutón, aunque identificaron varios candidatos plausibles que merecen investigación adicional:
Los Alenos, compuestos orgánicos que presentan bandas de absorción en la región cercana a la observada, el Benceno mezclado con otras especies moleculares, también es un candidato posible y la Ketena y ciertos compuestos formados por irradiación de hielos de metanol, también presentan bandas cercanas a la posición observada.
Los científicos, sugieren que la diferencia en la anchura de la señal entre Titán y Plutón podría deberse a las diferentes condiciones ambientales en la superficie de ambos cuerpos ya que la temperatura superficial de Plutón, de entre 30 y 60 grados K, es menor que la de Titán, con entre 90-95 K y en el caso de los hielos, el tendencia general es que las bandas se ensanchen al aumentar la temperatura, lo que sería inconsistente con las observaciones, por lo tanto, la diferencia de temperatura no explica el mayor ancho en Plutón y una explicación más probable, se relaciona con el estado físico de las especies moleculares y de manera específica, con la diversidad de su entorno a escala molecular.
“La superficie de Plutón, es irradiada por iones de rayos cósmicos galácticos que cubren un amplio rango de energías”, explican los autores que agregan “Dado que la atmósfera de Plutón es más delgada, una fracción de estos rayos cósmicos penetra en la superficie hasta una profundidad que varía desde varios centímetros hasta varias decenas de centímetros” .
Estos procesos de irradiación, pueden provocar la ruptura de enlaces químicos, la formación de nuevas especies, y transformaciones estructurales que diversifican el entorno molecular, resultando en un ensanchamiento de las señales espectrales.
Significado: el hallazgo de esta absorción en ambos cuerpos, sugiere que podría existir un proceso químico común en las superficies de Titán y Plutón, a pesar de sus condiciones superficiales tan diferentes y según los investigadores “Nuestro estudio revela que la característica de 5,11 µm probablemente se origina en la superficie de ambos cuerpos, concluyen los investigadores. La diferencia en el ancho de la característica entre los dos cuerpos se debe muy probablemente al estado físico del compuesto desconocido a escala molecular”.
Los autores, también advierten que aunque identificaron algunos candidatos posible, se necesitan experimentos de laboratorio adicionales para confirmar la identidad del compuesto responsable ya que “Se necesitan mediciones sistemáticas de laboratorio en este punto para investigar el papel de la longitud de la cadena, el entrecruzamiento y la naturaleza de las especies ramificadas en el ancho, forma y posición de la banda de los alenos”.
Los científicos, planean mapear las características de esta absorción en todo el disco de Titán utilizando un conjunto más completo de datos del JWST, lo que podría ayudar a comprender su naturaleza y origen y la misión Dragonfly, que llegará a Titán a mediados de la década de 2030, realizará estudios in situ de la composición de la superficie en varios sitios geológicos y el Espectrómetro de Masas de Dragonfly (DraMS) podría identificar algunos de los candidatos potenciales para la absorción de 5,11 micrómetros.
Sin embargo, los autores señalan una limitación importante: a falta de capacidad de espectroscopia infrarroja a bordo impide cualquier observación directa de la característica espectral en sí misma en los materiales de la superficie.
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