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Astrofísica: entre el asteroide Bennu y el exoplaneta Gliese 486 b

Nuevos estudios, datos e información actualizada echan más luz sobre nuestro sistema solar.

Julio, 2022

Cuando la nave OSIRIS-REx de la NASA descendió en 2020 al asteroide Bennu para tomar muestras, tuvo que disparar sus propulsores para no hundirse en su granuloso suelo. Ahora se han presentado más detalles de aquel contacto de cinco segundos, en el que se recogió ¼ kilo de material que llegará a la Tierra en 2023. Sus minerales de arcillas y carbonatos podrían aportar valiosa información sobre los albores del sistema solar. Por otro lado, un equipo científico internacional, liderado por el Centro de Astrobiología (CSIC-INTA), ha medido la masa y el radio de un exoplaneta similar a la Tierra con una precisión sin precedentes. De esta forma se ha podido predecir cómo puede ser la estructura y composición de su interior, además de su atmósfera.

La superficie del asteroide Bennu es como una piscina de bolas

Los datos recogidos en octubre de 2020 durante la recogida de muestras del asteroide Bennu por la misión OSIRIS-REx de la NASA muestran que la superficie del asteroide está formada por fragmentos o rocas poco cohesionados, según dos nuevos estudios que aparecen esta semana en las revistas Science y Science Advances.

Los autores se han sorprendido con los resultados: la nave espacial se habría hundido en Bennu si no hubiera disparado sus propulsores para retroceder inmediatamente después de tomar el polvo y rocas de su superficie.

El material particulado que conforma el exterior de este asteroide está tan poco empaquetado y tan ligeramente unido entre sí, que si una persona pisara Bennu notaría muy poca resistencia, como si anduviera por una piscina de bolas de plástico en la que juegan los niños.

“Si Bennu estuviera completamente compactado, eso implicaría que sería una roca casi sólida, pero hemos encontrado mucho espacio vacío en la superficie”, apunta Kevin Walsh, investigador del Southwest Research Institute (Estados Unidos) y autor principal del artículo en Science Advances.

Walsh y su equipo analizaron las fuerzas experimentadas por la nave espacial e investigaron las propiedades físicas del material hasta una profundidad de 10 cm en el suelo, descubriendo que la baja gravedad de Bennu ha dado lugar al lecho superficial granular.

La alta porosidad y la baja resistencia del material permiten que el polvo y otras pequeñas partículas se muevan dentro de la subsuperficie del asteroide. Los datos espectrales y térmicos recogidos durante la misión sugieren que estos resultados se aplican a todo el asteroide, no sólo al lugar de muestreo.

Según el estudio de Science, liderado por el profesor Dante Lauretta de la Universidad de Arizona (Estados Unidos), se recogieron unos 250 gramos de muestra, que se traerán a la Tierra en 2023 para su análisis de laboratorio. En comparación con los 5 gramos que tomó la nave japonesa Hayabusa2 del asteroide Ryugu, es bastante más, aunque ambas misiones se consideran importantes para estudiar estos asteroides ricos en carbono.

“Tenemos un plan para comprender la historia de Bennu, desde los albores del sistema solar hasta el origen de la vida en la Tierra. Estamos entusiasmados con las muestras porque contienen minerales de arcilla, que son ricos en agua, y carbono en forma de minerales de carbonato y moléculas orgánicas”, explica Lauretta en entrevista.

Durante su contacto, el Mecanismo de Adquisición de Muestras Táctil (TAGSAM) de la nave hizo contacto y comenzó a hundirse en la superficie del asteroide antes de liberar un chorro de gas nitrógeno que movilizó el material del subsuelo y lo guió hasta una cámara de recogida.

El profesor ofrece más detalles sobre el muestreo: “Duró unos cinco segundos, y hubo otro vuelo de regreso sobre la superficie original del asteroide de unos diez segundos”. El equipo decidió enviar la nave de vuelta para tomar más fotografías “y ver el tamaño del ‘desastre’ que hicimos”, apunta Lauretta, en referencia al cráter que se creó por la operación, más grande de lo esperado, otra sorpresa más de las muchas que ha deparado este asteroide a la comunidad científica.

Simulación de OSIRIS-REx alcanzando la superficie del asteroide Bennu. / NASA/Goddard/University of Arizona

Una sorpresa tras otra

La nave espacial OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) pasó cerca de dos años inspeccionando Bennu, de unos 500 metros de diámetro. Después de considerar los mejores lugares para recoger una muestra, el equipo de la misión eligió un sitio dentro de un cráter de 20 metros, apodado Nightingale.

El asteroide dio su primera sorpresa en diciembre de 2018 cuando esta nave de la NASA llegó a su destino, encontrando una superficie plagada de cantos rodados en lugar de la playa lisa y arenosa que esperaban según las observaciones de los telescopios terrestres y espaciales. Los científicos también descubrieron que Bennu ‘escupía’ partículas de roca al espacio.

“Nuestras expectativas sobre la superficie del asteroide eran completamente erróneas”, reconoce Lauretta, y lo mismo pasó después de que la nave OSIRIS-REx recogiera la muestra y transmitiera a la Tierra imágenes impresionantes y cercanas de la superficie del asteroide: “Lo que vimos fue un enorme muro de escombros que irradiaba desde el lugar de la muestra”.

Nuevo cráter de 9 metros

Los investigadores estaban desconcertados por la abundancia de guijarros esparcidos, dado lo suave que la nave tocó la superficie, y más extraño aún fue que dejara un gran cráter elíptico de entre 8 y 9 metros de largo en Bennu. “Las veces que probamos la recogida de muestras en el laboratorio, apenas hicimos un hueco”, explica el profesor, por eso decidieron volver a enviar la nave para tomar más fotografías y confirmarlo.

Los autores analizaron el volumen de restos visibles en las imágenes de antes y después del lugar de muestreo. También examinaron los datos de aceleración recogidos durante el aterrizaje para elaborar los estudios. Estos datos revelaron que cuando OSIRIS-REx tocó el asteroide experimentó muy poca resistencia.

“En el momento en que encendimos nuestros propulsores para salir de la superficie, todavía nos estábamos sumergiendo en el asteroide”, comenta Ron Ballouz, investigador del Laboratorio de Física Aplicada Johns Hopkins (Estados Unidos). Su equipo realizó cientos de simulaciones por ordenador para deducir la densidad y baja cohesión de Bennu a partir de las imágenes de la nave y la información sobre la aceleración.

Ahora, toda esta información puede ayudar a los científicos a interpretar mejor las observaciones remotas de otros asteroides, lo que podría ser útil para diseñar futuras misiones a ellos y desarrollar métodos para proteger a la Tierra de las colisiones con estos objetos.

Es posible que asteroides como Bennu —apenas unidos por la gravedad o la fuerza electrostática— puedan romperse en la atmósfera terrestre y, por tanto, suponer un peligro diferente al de los asteroides sólidos.

“Todavía estamos al principio de entender lo que son estos cuerpos, porque se comportan de maneras muy contraintuitivas”, concluye otro de los autores, Patrick Michel, científico de OSIRIS-REx en el Observatorio de la Costa Azul (Francia).

[Referencias: D. S. Lauretta et al. “Spacecraft sample collection and subsurface excavation of asteroid (101955) Bennu”. Science, 2022 // Kevin J. Walsh et al. “Near-zero cohesion and loose packing of Bennu’s near subsurface revealed by spacecraft contact”. Science Advances, 2022.]
Fuente: agencia SINC

Gliese 486 b: el planeta terrestre mejor estudiado fuera del sistema solar

SINC/ Redacción SdE

Con los datos de varios telescopios terrestres y espaciales, como CHARA, CHEOPS, Hubble, MAROON-X, TESS y CARMENES, un equipo de astrónomos liderado por José A. Caballero del Centro de Astrobiología (CAB, centro mixto CSIC-INTA/España) ha podido modelar el interior del exoplaneta Gliese 486 b, estimando los tamaños relativos de su núcleo metálico y su manto rocoso. Los detalles los publican en la revista Astronomy & Astrophysics.

El equipo también ha hecho predicciones sobre la composición de la atmósfera de este planeta, descubierto en 2021, así como su detectabilidad por parte del telescopio espacial James Webb, que pronto apuntará su espejo hacia el sistema planetario al que pertenece.

Reproducción artística de la hipotética atmósfera y estructura interna del exoplaneta Gliese 486 b. / RenderArea

“Gliese 486 b se ha convertido en la piedra Rosetta de la exoplanetología”, subraya Caballero, “en el sistema solar tenemos los planetas terrestres Mercurio, Venus, Tierra y Marte; y ahora el quinto planeta terrestre mejor estudiado en el universo es Gliese 486 b”. Sin embargo, aunque también es uno de los planetas en tránsito más cercanos conocidos, que viaja todo el tiempo a un 10 % de la velocidad de la luz, una sonda tardaría 260 años en llegar hasta él”.

“Probablemente los resultados más importantes detrás de nuestro trabajo no son los valores en sí, sino las oportunidades que ofrecen para futuros estudios”, afirma la coautora Esther González-Álvarez, otra astrónoma de CAB.

Gliese 486 b y la futura ciencia exoplanetaria

La investigadora se refiere a futuros estudios, como la formación de campos magnéticos planetarios en la zona externa del núcleo con metales líquidos, ya que Gliese 486 b parece tener uno como nuestra Tierra. Estos campos magnéticos pueden actuar como un escudo contra las tormentas originadas en el huésped estelar y evitar la erosión de la atmósfera.

Son varios los interrogantes a resolver: ¿podría una atmósfera de este tipo ser primitiva y estar hecha de hidrógeno y helio? ¿o estar compuesta por dióxido de carbono y vapor de agua proveniente de erupciones volcánicas? ¿podría Gliese 486 b tener tectónica?

Aunque este exoplaneta parece estar demasiado caliente para ser habitable, su caracterización precisa y exacta puede convertirlo en el primer exoplaneta —y único por el momento— donde poder formular este tipo de preguntas. Hace sólo unos años, tratar de buscar respuestas se consideraba ciencia ficción.

El primer exoplaneta alrededor de una estrella similar a nuestro Sol, 51 Pegasi b, fue descubierto en 1995. Desde entonces, cada año, la comunidad astronómica encuentra exoplanetas que son cada vez menos masivos, más cercanos y más similares a la Tierra.

Varios proyectos e instrumentos involucrados

Tanto Caballero como González-Álvarez colaboran en el proyecto CARMENES, cuyo consorcio está formado por once instituciones de investigación de España y Alemania. Su propósito es monitorear unas 350 estrellas enanas rojas en busca de signos de planetas de baja masa utilizando un espectrógrafo instalado en el telescopio de 3,5 m de Calar Alto, en Almería (España).

Para este estudio, el equipo también obtuvo observaciones espectroscópicas con el instrumento MAROON-X, instalado en el telescopio Gemini North de 8,1 m (EE. UU.) y con el instrumento STIS, a bordo del Hubble. Las observaciones fotométricas para derivar el tamaño del planeta provienen de las naves espaciales CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite), de la ESA, y TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite), de la NASA.

El radio de la estrella se midió con la matriz CHARA (Centro de Astronomía de Alta Resolución Angular), en Mount Wilson, California (EE. UU.). También se utilizó una batería de telescopios más pequeños, incluidos telescopios de astrónomos aficionados, para determinar el período de rotación de la estrella.

El consorcio CARMENES descubrió en 2019 el exoplaneta que más se asemeja a la Tierra. Sin embargo, ese exoplaneta no transita (es decir, no pasa por delante de su estrella vista desde el sistema solar) y, por lo tanto, es difícil determinar su radio con precisión.

Aunque la mayoría de ellos no son habitables, los planetas en tránsito —como Gliese 486 b— son más interesantes para la comunidad astronómica porque permiten investigar sus atmósferas y, solo para los sistemas planetarios más cercanos a nuestro Sol, sus interiores.

El mismo Consorcio CARMENES, en alianza con equipos internacionales de Estados Unidos, descubrió tres de los ocho sistemas más cercanos gracias a este tipo de planetas en tránsito.

[Referencia: Caballero et al. “A detailed analysis of the Gl 486 planetary system”. Astronomy and Astrophysics, 2022].
Fuente: SINC / CAB (CSIC-INTA).

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