Crédito imagen: Unsplash /CC0 Public Domain.
Estamos hechos de polvo de estrellas, dice el refrán. Un par de estudios, incluida la investigación de la Universidad de Michigan, encuentra que puede ser más cierto de lo que pensábamos anteriormente.
El primer estudio, encuentra que la mayor parte del carbono de la Tierra probablemente se extrajo del medio interestelar. Este último, es el material que existe en el espacio entre las estrellas de una galaxia. Esto probablemente sucedió mucho después de que el disco protoplanetario, se formara y se calentara. El disco protoplanetario es la nube de polvo y gas que rodeaba nuestro joven Sol y contenía los bloques de construcción de los planetas. El estudio fue dirigido por la investigadora de la Universidad de Michigan (UM) Jie (Jackie) Li y publicado en ‘Science Advances’.
El carbono también fue probablemente secuestrado en sólidos dentro de un millón de años después del nacimiento del Sol. Esto significa que el carbono, la columna vertebral de la vida en la Tierra, sobrevivió a un viaje interestelar a nuestro planeta.
El carbono vaporizado no se condensa en un sólido
Anteriormente, los investigadores pensaban que el carbono en la Tierra provenía de moléculas que estaban inicialmente presentes en el gas nebular. Este último luego se acumulaba en un planeta rocoso cuando los gases estaban lo suficientemente fríos como para que las moléculas se precipitaran. El equipo de Li incluye al Astrónomo de la UM Edwin Bergin, Geoffrey Blake (Caltech), Fred Ciesla (Universidad de Chicago) y Marc Hirschmann (Universidad de Minnesota). Ellos señalan en este estudio que las moléculas de gas que transportan carbono no estarían disponibles para construir la Tierra. Eso es porque una vez que el carbono se vaporiza, no se vuelve a condensar en un sólido.
“El modelo de condensación se ha utilizado ampliamente durante décadas. Se asume que durante la formación del Sol, todos los elementos del planeta se vaporizaron. A medida que el disco se enfrió, algunos de estos gases se condensaron y suministraron ingredientes químicos a los cuerpos sólidos. Pero eso no funciona para el carbono”, dijo Li, Profesora del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la UM.
Gran parte del carbono se entregó al disco en forma de moléculas orgánicas. Sin embargo, cuando el carbono se vaporiza, produce especies mucho más volátiles que requieren temperaturas muy bajas para formar sólidos. Más importante aún, el carbono no se vuelve a condensar en una forma orgánica. Debido a esto, Li y su equipo infirieron que la mayor parte del carbono de la Tierra probablemente fue heredado directamente del medio interestelar. De ese modo, evitando la vaporización por completo.
Estimando el límite superior del carbono en la Tierra.
Para comprender mejor cómo la Tierra adquirió su carbono, Li estimó la cantidad máxima de carbono que la Tierra podría contener. Para hacer esto, comparó la rapidez con la que viaja una onda sísmica a través del núcleo con las velocidades de sonido conocidas del núcleo. Esto les dijo a los investigadores que el carbono probablemente constituye menos del medio por ciento de la masa de la Tierra. Comprender los límites superiores de la cantidad de carbono que podría contener la Tierra brinda información sobre cuándo podría haberse entregado el carbono aquí.
«Hicimos una pregunta diferente. Preguntamos cuánto carbono se podría almacenar en el núcleo de la Tierra y seguir siendo coherentes con todas las limitaciones», dijo Bergin. El es Profesor y Presidente del Departamento de Astronomía de la UM. “Hay incertidumbre aquí. Aceptemos la incertidumbre para preguntarnos cuáles son los verdaderos límites superiores de la cantidad de carbono que hay en las profundidades de la Tierra. Eso nos dirá el verdadero paisaje en el que estamos».
El carbono de un planeta debe existir en la proporción adecuada para sustentar la vida tal como la conocemos. Demasiado carbono y la atmósfera de la Tierra sería como Venus, atrapando el calor del Sol y manteniendo una temperatura de unos 470 grados Celsius. Demasiado poco carbono, y la Tierra se parecería a Marte. Es decir un lugar inhóspito incapaz de soportar la vida basada en el agua, con temperaturas alrededor de -51 ºC.
Segundo estudio: pérdida de carbono en los planetesimales
En un segundo estudio, los mismos investigadores observaron cómo se procesa el carbono cuando los precursores de los planetas, los planetesimales, retienen carbono durante su formación. Examinaron los núcleos metálicos de estos cuerpos, ahora conservados como meteoritos de hierro. Encontraron que durante este paso clave del origen planetario, gran parte del carbono debe perderse cuando los planetesimales se derriten, forman núcleos y pierden gas. Esto cambia el pensamiento anterior, dice Hirschmann, director de este segundo estudio.
«Los modelos tienen el carbono y otros materiales esenciales para la vida (agua y nitrógeno), que van desde la nebulosa a los cuerpos rocosos primitivos. Luego se envían a planetas en crecimiento como la Tierra o Marte», dijo Hirschmann, Profesor de Ciencias Ambientales y de la Tierra. «Pero esto omite un paso clave, en el que los planetesimales pierden gran parte de su carbono antes de que se acumulen en los planetas».
El estudio de Hirschmann se publicó recientemente en’ Proceedings of the National Academy of Sciences’.
“El planeta necesita carbono para regular su clima y permitir que exista vida, pero es algo muy delicado”, dijo Bergin. «No quieres tener muy poco, pero no quieres tener demasiado».
Pérdida de carbono y habitabilidad: un estudio interdisciplinario
Bergin dice que los dos estudios describen dos aspectos diferentes de la pérdida de carbono. Sugieren que la pérdida de carbono parece ser un aspecto central en la construcción de la Tierra como un planeta habitable.
“Responder si existen o no planetas similares a la Tierra, solo se puede lograr trabajando en la intersección de disciplinas como la Astronomía y la Geoquímica”. Eso expresó Ciesla, Profesor de Ciencias Geofísicas de la Universidad de Chicago. “Los enfoques y las preguntas específicas que los investigadores trabajan para responder difieren en los campos. Entonces construir una historia coherente requiere identificar temas de interés mutuo y encontrar formas de cerrar las brechas intelectuales entre ellos. Hacerlo es un desafío, pero el esfuerzo es estimulante y gratificante».
Blake, coautor de ambos estudios y Profesor de Cosmoquímica, Ciencia Planetaria y Química de Caltech, dice que este tipo de trabajo interdisciplinario es fundamental.
Mirando hacia el futuro
“Consideremos la historia de nuestra galaxia. Los planetas rocosos como la Tierra o un poco más grandes se han ensamblado cientos de millones de veces alrededor de estrellas como el Sol. ¿Podemos extender este trabajo para examinar la pérdida de carbono en los sistemas planetarios de manera más amplia? Dicha investigación requerirá una comunidad diversa de académicos» dijo Blake.
Las fuentes de financiamiento para esta investigación colaborativa incluyen las siguientes organizaciones. La Fundación Nacional de Ciencias, el Programa de Investigación de Exoplanetas (NASA), el Programa de Mundos Emergentes (NASA) y el Programa de Astrobiología (NASA).
Puede encontrar más información, incluida una copia del estudio, en línea en el paquete de prensa de Science Advances.
Fuente: Universidad de Michigan (UMich).
Artículo original: «From stardust to pale blue dot: Carbon’s interstellar journey to Earth«. April 2, 2021.
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