Ilustración artística del planeta enano Sedna, que se encuentra en el lejano Cinturón de Kuiper.(Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech)
Una sorprendente diferencia química entre Plutón y Sedna, otro planeta enano situado en el lejano Cinturón de Kuiper, está ayudando a los científicos a precisar sus respectivas masas, según informa un nuevo estudio.
El Cinturón de Kuiper es una región del espacio situada más allá de la órbita de Neptuno que alberga Plutón y la mayoría de los planetas enanos conocidos, así como algunos cometas que se cree que son reliquias de la época de formación de los planetas del sistema solar.
«Los objetos del Cinturón de Kuiper son mundos helados [que] pueden decirnos cómo eran las condiciones hace miles de millones de años», explicó la autora principal del estudio, Amelia Bettati, investigadora de la Universidad de Elon, en Carolina del Norte. «Estudiarlos ayuda a los científicos a comprender cómo se formaron y evolucionaron los planetas».
Recientes estudios espectroscópicos en el infrarrojo cercano llevados a cabo por el telescopio espacial James Webb (JWST) descubrieron que Plutón contiene tanto metano como etano en su superficie, moléculas volátiles clave que suelen encontrarse en el sistema solar exterior y que se cree que son restos de la época en que se formaban los planetas. Sedna, que es menos de la mitad de ancho que Plutón, sólo contiene metano.
«Nuestra hipótesis es que la razón de esta diferencia es que Sedna es mucho más pequeño que Plutón, por lo que su gravedad es más débil», dijo Bettati a universeexpedition.com. «Esta gravedad más débil permite que el metano escape al espacio durante miles de millones de años, mientras que el etano, que es un compuesto más pesado, se queda atrás».
Si bien estudios anteriores han identificado un límite general entre los objetos que pueden retener estos volátiles y los que no, la diferencia entre Plutón y Sedna ofrece una nueva pista sobre cómo los procesos específicos de escape podrían dar forma a las composiciones superficiales de estos objetos distantes. Sedna, al estar cerca del umbral de masa en el que se pierden los volátiles, pone de relieve la importancia de comprender cómo se retienen o pierden determinadas sustancias químicas, especialmente cuando se comparan diferentes objetos del Cinturón de Kuiper.
«Al estudiar cómo el metano y el etano escapan de Sedna, calculamos cuán masivo debe ser Sedna para explicar su composición superficial actual», dijo Bettati. «Para explicar la falta de metano pero la presencia de etano en Sedna, debemos aumentar la estimación de masa mínima para Sedna. Esto es importante porque ayuda a refinar nuestra comprensión de la estructura y la historia de Sedna.»
En su estudio, Bettati y el coautor Jonathan Lunine, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y del Instituto de Tecnología de California, modelizaron los niveles de metano y etano en Sedna. Verificaron la precisión de su modelo utilizando dos análogos: El cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko y la luna de Saturno Encélado.
La sonda europea Rosetta estudió de cerca el cometa 67P y la nave Cassini de la NASA recogió numerosos datos sobre Encélado durante su estancia en el sistema de Saturno.
«Ambos objetos tienen medidas bien definidas y son objetos del sistema solar exterior, lo que justifica considerarlos análogos», afirma Bettati.
Para averiguar si se escapó suficiente metano y etano de estos objetos como para que ya no aparezcan en sus espectros de superficie, los científicos necesitaban estimar qué cantidad de estas sustancias químicas quedaron atrapadas originalmente en su interior.
Lo hicieron en dos hipótesis diferentes. Por un lado, la proporción de metano y etano en relación con el hielo de agua es similar a la medida en Encélado y, por otro, la proporción observada en el cometa 67P durante el invierno. Estas comparaciones les ayudaron a comprender qué cantidad de estos compuestos puede haberse perdido con el paso del tiempo.
«[Utilizamos el] modelo de escape de Jeans, [que] es un tipo de escape térmico impulsado por la temperatura atmosférica, en el que las moléculas que se mueven más rápido superan la velocidad de escape, pero el grueso de las moléculas no», explicó Bettati.
También utilizaron otro modelo conocido como escape hidrodinámico, que se produce cuando la mayor parte de las moléculas pueden escapar, en lugar de sólo las que se encuentran en el extremo de alta velocidad de la distribución. «Gran parte de la atmósfera está en movimiento, escapando al espacio», afirma Bettati.
Los modelos demostraron que el metano ha permanecido estable en Plutón, pero escapó de Sedna debido a su menor masa. El etano, sin embargo, se ha mantenido estable en ambos objetos, incluso utilizando dos tasas de desgasificación diferentes: 100% (que indica la liberación total de volátiles) y 10% (una liberación menor).
Este resultado se ajusta a los espectros de superficie observados y proporciona una estimación más precisa de la masa de Sedna. El modelo también explica la ausencia de metano en otro objeto del Cinturón de Kuiper conocido como Gonggong.
«Al igual que Sedna, Gonggong también carece de metano en superficie», dijo Bettati. «Dado que Gonggong tiene un tamaño similar al de Sedna, creemos que el metano debe haber escapado de él de forma similar. Esto sugiere que los objetos más pequeños del Cinturón de Kuiper pierden metano con el tiempo, mientras que los más grandes, como Plutón, pueden retenerlo.
«Si los científicos saben qué gases es probable que estén presentes en los diferentes objetos del Cinturón de Kuiper, sus tasas de pérdida y sus composiciones pasadas, podrán planificar mejor las misiones futuras.»
Estos hallazgos, junto con las observaciones del JWST, ayudarán a los científicos a comprender cómo cambian las atmósferas y las composiciones superficiales en el Cinturón de Kuiper y más allá.
«Destaca cómo JWST está revolucionando nuestra comprensión de los cuerpos más distantes del sistema solar», dijo Bettati.
El nuevo estudio se publicó en febrero en la revista Icarus.
