La difícil pero exitosa medición de varios isótopos del gas noble xenón en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko utilizando el instrumento de Berna ROSINA en la sonda Rosetta muestra que los materiales llegaron a la Tierra debido a impactos de cometas. Como lo demuestran otras mediciones de Bern de isótopos de silicio, al principio, nuestro sistema solar era extremadamente heterogéneo. La gran cantidad de agua llamada "pesada" también muestra que el hielo cometario es más antiguo que nuestro sistema solar.

El xenón es incoloro, gas inodoro que constituye mucho menos de una millonésima parte del volumen de toda la atmósfera terrestre. Como gas noble Rara vez reacciona con otros elementos y, por tanto, tiene un estado atómico relativamente estable. Por lo tanto, es una representación relativamente precisa de las condiciones que existieron durante la formación de nuestro sistema solar. El xenón también puede ayudar a responder la antigua pregunta sobre los cometas:¿el material en la Tierra proviene de impactos de cometas? en que medida

Un equipo de investigación dirigido por Kathrin Altwegg en el Centro para el Espacio y la Habitabilidad (CSH) de la Universidad de Berna pudo demostrar que la composición del xenón en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko es muy similar al "xenón indígena" postulado por primera vez 40 hace años que, que llegó a nuestro planeta desde más allá poco después de la formación de nuestro sistema solar. Estas medidas, que ahora se publicará en Ciencias , muestran que alrededor de una quinta parte del xenón autóctono procede de cometas. Esto significa que, por primera vez, podemos establecer un vínculo cuantitativo entre los cometas y la atmósfera terrestre.

Huella estelar

El xenón se forma en muchos procesos estelares diferentes, incluyendo explosiones de supernovas. Cada uno de estos fenómenos conduce a una distribución típica de isótopos de xenón, una "huella digital" específica. Debido a sus muchos isótopos de varios procesos estelares, El xenón da una indicación importante de los materiales autóctonos que componen nuestro sistema solar. Los isótopos de xenón se midieron en las atmósferas de la Tierra y Marte, en meteoritos procedentes de asteroides, en Júpiter y en el viento solar:el flujo de partículas cargadas del sol. La composición del xenón en la atmósfera terrestre tiene isótopos más pesados ​​que ligeros, ya que los isótopos ligeros pueden escapar del campo gravitacional de la tierra hacia el espacio. Al corregir este efecto, investigadores en la década de 1970 calcularon la composición original de este gas noble, el llamado xenón indígena que una vez dominó la atmósfera de la tierra. Este xenón autóctono contiene muchos menos isótopos pesados ​​y la composición de los isótopos ligeros es igual a la del xenón procedente de los asteroides y el sol. Por lo tanto, se creía que el xenón autóctono de la atmósfera primitiva de la tierra tenía un origen diferente en comparación con los objetos observados en ese momento en el sistema solar. Esto ahora está confirmado por las mediciones de ROSINA en la sonda Rosetta en el cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, un "fósil" helado del sistema solar temprano.

Misión difícil

"La búsqueda de xenón en los cometas fue probablemente una de las mediciones más importantes y más difíciles de ROSINA", dice Kathrin Altwegg, Líder del proyecto ROSINA en el Centro de Espacio y Habitabilidad (CSH) de la Universidad de Berna. "El hecho de que hayamos resuelto una parte de un misterio de 40 años al hacerlo lo hace aún más gratificante". El xenón es extremadamente raro en la ya delgada atmósfera del cometa. Por lo tanto, la sonda Rosetta tuvo que volar muy cerca del cometa durante semanas, de 7 a 10 km del centro, para que ROSINA pudiera captar suficiente señal para una medición clara de los siete isótopos más comunes. El riesgo con esto era que la densa nube de polvo que rodeaba al cometa podría haber disparado el sistema de navegación de la sonda. ROSINA logró identificar siete isótopos de xenón, así como varios otros gases nobles. El análisis de los datos mostró que el xenón cometario que se congeló durante la formación del cometa difiere de la composición que se encuentra en el sistema solar, así como de la composición que se encuentra hoy en la atmósfera terrestre. Es muy probable que la composición del xenón cometario sea igual a la del xenón indígena postulado en la atmósfera primitiva de la Tierra. Sin embargo, Existen ciertas diferencias entre ambas composiciones, lo que lleva a los investigadores a creer que el xenón original proviene en parte de cometas y en parte de asteroides:"Por primera vez pudimos establecer un vínculo cuantitativo entre los cometas y la atmósfera de nuestra tierra, según el cual el 22 por ciento del original de la tierra, el xenón atmosférico se origina en los cometas, mientras que el resto proviene de asteroides ”, resume Altwegg.

Sin contradicción con el agua

Estos hallazgos no contradicen la medición de isótopos de ROSINA en el agua del cometa, que fue significativamente diferente a la del agua autóctona. Como el xenón solo está disponible en trazas en la atmósfera, mientras que la Tierra contiene grandes cantidades de agua en los océanos y la atmósfera, Los cometas definitivamente podrían haber contribuido al xenón encontrado en la Tierra sin cambiar demasiado el agua autóctona. "Los hallazgos del xenón también apoyan la idea de que el material orgánico llegó a la Tierra a través de cometas, como el fósforo y el aminoácido glicina, ambos encontrados en el cometa por ROSINA, que fue potencialmente crucial para la evolución de la vida en la Tierra", dice Altwegg. Por último, la diferencia entre el xenón cometario y el xenón que se encuentra en el sistema solar indica que la llamada nebulosa protosolar que conduce a la formación del sol, planetas y cuerpos pequeños, era un lugar químicamente bastante heterogéneo. "Esto respalda las mediciones anteriores de ROSINA, como el descubrimiento inesperado de oxígeno molecular (O2) o azufre molecular (S2)", dice Altwegg.

La segunda publicación confirma los hallazgos

En otra publicación, un grupo de investigación dirigido por Martin Rubin (CSH) pudo demostrar que el silicio del cometa no muestra la proporción isotópica promedio de nuestro sistema solar. Por tanto, los datos de ROSINA muestran que el material del sistema solar temprano se origina en varias estrellas predecesoras. Al igual que con el xenón, esto significa que la composición química del sistema solar primitivo era heterogénea, por lo tanto, no se mezcla "uniformemente" como se creía anteriormente. La segunda publicación aparece en Astronomía y Astrofísica . ROSINA ya había descubierto átomos de silicio en la envoltura de gas del cometa al principio de la misión. Estos átomos de silicio fueron arrojados fuera de la superficie del cometa por el impacto del viento solar. Un análisis preciso de Martin Rubin de la CSH ha demostrado ahora que los isótopos de silicio también presentan una anomalía en comparación con el silicio solar. Los isótopos pesados ​​de silicio son menos comunes en comparación con la mezcla que se encuentra cerca del sol y los meteoritos. Esto sugiere que los cometas se forman en un área de la nebulosa protosolar que muestra una composición química no solar y, por lo tanto, potencialmente ha adquirido material de otra estrella o supernova en las cercanías.

Incluso el agua cometaria viene del más allá

Una tercera publicación también publicada recientemente demuestra definitivamente con el uso de isótopos de hidrógeno que el agua cometaria, la llamada agua "pesada" (D2O), se formó antes de la formación del sistema solar y se congeló como hielo pre-solar en los cometas. Estos hallazgos se publicaron en una edición especial de "Transacción filosófica de la Royal Society, Londres".

"Nuestros hallazgos en los tres estudios han cumplido el objetivo principal de la misión Rosetta, es decir, encontrar una indicación cuantitativa de la formación de la tierra y nuestro sistema solar por primera vez ", dice Altwegg.