Un equipo de astrónomos que usa el Observatorio Espacial Herschel de la ESA ha descubierto el primer cometa que contiene agua con una composición isotópica similar a la de los océanos de la Tierra. Esta detección, en el cometa 103P/Hartley 2, muestra que, contrariamente a la creencia anterior, los cometas pueden haber desempeñado un papel importante llevando agua a nuestro planeta, y que las reservas de agua similar a la terrestre en el Sistema Solar son mucho mayores de lo que se sospechaba.
Hoy en día, más del 70 por ciento de la superficie de la Tierra está cubierta de agua. En los primeros días de nuestro planeta, sin embargo, su superficie estaba tan caliente que causó que el agua y otros compuestos volátiles se evaporasen. Los investigadores coinciden en que el agua actualmente presente en la Tierra llegó en una etapa posterior de la evolución del planeta, muy probablemente gracias a cometas y asteroides. La contribución relativa de cada clase de objeto al abastecimiento de agua de nuestro planeta es, sin embargo, aún tema de debate.
Arrojar luz sobre la naturaleza de los principales portadores de agua hacia la Tierra podría mejorar nuestra comprensión actual de la formación y evolución dinámica del Sistema Solar. El papel de los cometas en este contexto, es particularmente interesante, ya que estos cuerpos pueden haber contribuido al enriquecimiento de nuestro planeta, no sólo con agua, sino también con compuestos de carbono y nitrógeno que son tan importantes para el surgimiento de la vida.
Para investigar más, los astrónomos buscaron la firma del agua en el espectro de cometas y asteroides. Pero, ¿cómo la vinculan con el origen de esta molécula fundamental en la Tierra? Un buen diagnóstico para comparar el agua en diferentes cuerpos celestes es analizar la abundancia relativa de las moléculas que componen los distintos isótopos. Dependiendo de su composición isotópica, el agua aparece en varios “sabores”, técnicamente conocidos como isotopólogos, entre éstos están el agua “común” (H216O), compuesto por dos átomos de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (16O), y el agua semi-pesada (HDO), donde uno de los átomos de hidrógeno aparece en su forma isotópica de deuterio (D o 2H).
En los océanos de la Tierra, la proporción de deuterio a hidrógeno (D/H) se ha determinado en 1,56 × 10-4. Este valor es similar al medido en algunos meteoritos encontrados en la Tierra, que se cree que se originaron en el cinturón de asteroides exterior. Por el contrario, los seis cometas para los que se había medido esta relación hasta el momento, incluyendo los famosos cometas Halley y Hale-Bopp, muestran un valor aproximadamente el doble de alto que el del agua terrestre. Estos datos parecen sugerir que los asteroides, en lugar de los cometas, son los principales agentes que trajeron el agua a nuestro planeta.
Un nuevo estudio, basado en observaciones de Herschel, ha traído a los cometas de nuevo a escena, reabriendo de esta forma el debate sobre el origen del agua en la Tierra. Los datos demuestran que el cometa 103P/Hartley 2, que fue descubierto en 1986, alberga agua que tiene una relación de D/H similar a la de los océanos de la Tierra. Este cometa ha aparecido en nuestros cielos en cuatro ocasiones más desde entonces; la última vez a finales de 2010, durante la cual se observó con Herschel.
“Ésta es la primera medición de la relación de D/H en un cometa de la familia de Júpiter”, señala Paul Hartogh del Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) en Katlenburg-Lindau, Alemania.
Hartogh es el primer autor de un artículo que aparece on-line en la revista Nature el 5 de octubre de 2011.
“Las últimas seis determinaciones de esta relación se centraron exclusivamente en cometas de la Nube de Oort”, agrega.
Los cometas de la familia de Júpiter (JF) y de la Nube de Oort (OC) difieren en sus órbitas y periodos orbitales, y tienen lugares de nacimiento muy distintos. Los cometas JF, con periodos de unos pocos años y afelios cerca de las órbitas de Júpiter y otros planetas gigantes, se cree que se formaron en el Cinturón de Kuiper, en las afueras del Sistema Solar, y que han emigrado hacia el interior más tarde. Los cometas OC muy probablemente han pasado por el proceso contrario. Con periodos de 200 años o más, estos cometas se cree que se originaron en la vecindad de los planetas gigantes y que más tarde fueron expulsados, a través de las interacciones gravitatorias, a la Nube de Oort, más allá del Sistema Solar exterior.
Los cometas alojan material procedente de la nube original a partir de la que se formaron los planetas hace alrededor de 4500 millones de años, lo que los hace unas herramientas únicas con las que investigar el Sistema Solar. De hecho, estos fósiles ambulantes reflejan la composición primordial de sus respectivos lugares de origen: el Cinturón de Kuiper en el caso de los cometas JF, y la región donde se formaron los planetas gigantes, en el caso de los cometas OC.
La reciente aproximación del cometa 103P/Hartley 2 a la Tierra era el más cercano desde su descubrimiento, ofreciendo una extraordinaria oportunidad para medir las abundancias químicas en un cometa JF.
“Aprovechamos una oportunidad única y usamos Herschel para obtener exquisitos espectros de este cometa”, dice Hartogh.
Los astrónomos fueron capaces de detectar la firma espectral de dos isotopólogos diferentes de agua: HDO y H218O, siendo este último un indicador del agua “normal” (H216O).
“La firma del HDO es aproximadamente 10 veces más débil que la otra y habría sido muy difícil aislarla si no fuese porque el cometa estaba tan cerca del observatorio”, explica Hartogh.
Estas observaciones llevaron a la primera estimación de la relación de D/H en un cometa JF.
“La relación D/H del agua en cometas es el equivalente cósmico de la ‘toma de huellas dactilares químicas forense’: midiéndola y comparándola con los valores teóricos podemos, en principio, establecer el lugar de nacimiento del cometa”, comenta el coautor Dariusz Lis del Instituto de Tecnología de California en Pasadena, California.
La descripción teórica clásica sugiere que, en los inicios del Sistema Solar, la relación D/H en el agua era bastante baja en las proximidades del Sol y cada vez mayor al aumentar la distancia heliocéntrica. Dado que los cometas JF se formaron, supuestamente, más lejos del Sol que sus homólogos OC, los astrónomos esperaban que estuviesen caracterizados por un valor más alto de esta relación.
“En cambio, 103P/Hartley 2 muestra claramente una menor proporción D/H, que resulta ser muy similar a la del agua de los océanos de la Tierra”, explica el coautor Dominique Bockelée-Morvan del Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (LESIA) del Observatorio de París en Meudon, Francia.
El resultado indica que hay algo incorrecto en el modelo subyacente. Es posible que los cometas JF no se originaran en el Cinturón de Kuiper. Por otra parte, el marco teórico que describe la distribución de deuterio e hidrógeno en los inicios del Sistema Solar puede estar incompleto.
Implicaciones teóricas aparte, el mérito principal del estudio es que se legitima de nuevo el papel de los cometas como portadores de agua hacia nuestro planeta. A la luz de los nuevos datos, las reservas de agua similar a la de la Tierra en el Sistema Solar parecen ser significativamente mayores de lo que se pensaba.
“La sensibilidad y resolución espectral únicas del instrumento HIFI, que vuela a bordo de Herschel, nos permite observar distintos isotopólogos de agua en los cometas”, comenta Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel de la ESA.
“Como claramente demuestra este resultado, las observaciones de HI-FI están arrojando nueva luz sobre los posibles orígenes del agua en la Tierra”.
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