En una novedosa investigación de laboratorio de las atmósferas iniciales de planetas rocosos similares a la Tierra, Los investigadores de UC Santa Cruz calentaron muestras de meteoritos prístinos en un horno de alta temperatura y analizaron los gases liberados.

Sus resultados, publicado el 15 de abril en Astronomía de la naturaleza , sugieren que las atmósferas iniciales de los planetas terrestres pueden diferir significativamente de muchas de las suposiciones comunes utilizadas en los modelos teóricos de atmósferas planetarias.

"Esta información será importante cuando comencemos a poder observar atmósferas de exoplanetas con nuevos telescopios e instrumentación avanzada, "dijo la primera autora Maggie Thompson, estudiante de posgrado en astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz.

Se cree que las atmósferas tempranas de los planetas rocosos se forman principalmente a partir de gases liberados de la superficie del planeta como 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, y si el planeta es lo suficientemente grande, los gases se retendrán como atmósfera, "explicó la coautora Myriam Telus, profesor asistente de ciencias terrestres y planetarias en UC Santa Cruz. "Estamos tratando de simular en el laboratorio este proceso muy temprano cuando se está formando la atmósfera de un planeta para poder poner algunas limitaciones experimentales en esa historia".

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

"Estos meteoritos son materiales sobrantes de los bloques de construcción que formaron los planetas de nuestro sistema solar, ", Dijo Thompson." Las condritas son diferentes de otros tipos de meteoritos en que no se calentaron lo suficiente como para derretirse, por lo que se han aferrado a algunos de los componentes más primitivos que pueden informarnos sobre la composición del sistema solar en el momento de la formación del planeta ".

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. A medida que las muestras de meteorito se calentaron a 1200 grados Celsius, el sistema analizó los gases volátiles producidos a partir de los minerales de la muestra. El vapor de agua era el gas dominante, con cantidades significativas de monóxido de carbono y dióxido de carbono, y también se liberaron cantidades más pequeñas de hidrógeno y gases de sulfuro de hidrógeno.

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

"Basado en la desgasificación de los meteoritos, sin embargo, esperaría que el vapor de agua fuera el gas dominante, seguido de monóxido de carbono y dióxido de carbono, ", dijo." Usar abundancias solares está bien para grandes, Planetas del tamaño de Júpiter que adquieren su atmósfera de la nebulosa solar, pero se cree que los planetas más pequeños obtienen sus atmósferas más de la desgasificación ".

Los investigadores compararon sus resultados con las predicciones de los modelos de equilibrio químico basados ​​en la composición de los meteoritos. "Cualitativamente, obtenemos resultados bastante similares a lo que predicen los modelos de equilibrio químico que deberían ser desgasificados, pero también hay algunas diferencias, ", Dijo Thompson." Se necesitan experimentos para ver lo que realmente sucede 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 tenían otros fines 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 la condrita de Murchison, que cayó en Australia en 1969; Jbilet Winselwan, recopilados en el Sáhara Occidental en 2013; y Aguas Zarcas, que cayó en Costa Rica en 2019.

"Puede parecer arbitrario utilizar meteoritos de nuestro sistema solar para comprender exoplanetas alrededor de otras estrellas, pero los estudios de otras estrellas están descubriendo que este tipo de material es bastante común alrededor de otras estrellas, "Señaló Telus.