Las observaciones realizadas poco después de la llegada de Rosetta a su cometa objetivo en 2014 han dado lugar a la confirmación definitiva de la presencia de agua helada.
Aunque el vapor de agua es el gas principal que se ha podido percibir desde el cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko, se cree que la mayor parte del hielo procede de debajo de la corteza del cometa y son muy pocos los ejemplos de hielo hallados en la superficie.
Sin embargo, un análisis detallado del instrumento infrarrojo VIRTIS de Rosetta revela la composición de la capa superior del cometa: principalmente, está cubierto de un material oscuro, seco y orgánico mezclado con una cantidad reducida de hielo.
Hielo en Imhotep
En el último estudio, que se centra en las imágenes obtenidas por escáner entre septiembre y noviembre de 2014, el equipo confirma que dos áreas de varias decenas de metros en la región de Imhotep, que aparecen como zonas brillantes de luz, incluyen realmente una cantidad significativa de agua helada.
El hielo se asociaba a las paredes de acantilados y caídas de residuos y se encontraba a una temperatura de aproximadamente -120º C en ese momento.
En estas regiones, se descubrió que en torno a un 5% de cada área de muestreo de píxeles era hielo puro y el resto estaba compuesto por material oscuro y seco. La abundancia de hielo se calculó comparando las mediciones de Rosetta con modelos que estiman cómo se mezclan los granos de hielo de diferentes tamaños en un píxel.
Los datos obtenidos revelaron la existencia de dos grupos de granos diferentes: una mide varias decenas de micrómetros de diámetro y la otra es algo mayor, 2 mm aproximadamente.
Estos tamaños contrastan con los minúsculos granos de pocos micrómetros de diámetro que se encontraron en la región Hapi situada en el «cuello» del cometa, como observaba VIRTIS en otro estudio.
«Las diversas poblaciones de granos helados en la superficie del cometa sugieren una pluralidad de mecanismos y periodos de tiempo de formación» —explica Gianrico Filacchione autor principal del nuevo estudio publicado en la revista Nature—.
En Hapi los minúsculos granos se asocian a una fina capa de «escarcha» que se forman durante el ciclo diario del hielo, como consecuencia de la rápida condensación que tiene lugar en esta región durante las rotaciones del cometa cada 12 horas.
«Por el contrario, creemos que las capas de los granos con un tamaño a partir del milímetro que observamos en Imhotep tiene una historia más compleja. Probablemente, estos granos se forman lentamente a lo largo del tiempo y están expuestos de forma ocasional debido a la erosión» —comenta Gianrico—.
Partiendo del hecho de que los granos de hielo de la superficie tienen un tamaño normal de varias decenas de micrómetros (como sugiere el cometa de Rosetta, además de otros cometas) es posible explicar las observaciones de granos de un tamaño a partir del milímetro a través del crecimiento de cristales de hielo secundarios.
Una forma de hacerlo es mediante «sinterización», un proceso en el cual los granos de hielo están compactados. Otro método es la «sublimación», que se produce cuando el calor del Sol penetra en la superficie y activa la evaporación del hielo enterrado. Aunque parte del vapor de agua resultante podría escapar del núcleo una fracción notable de él se recondensa en capas bajo la superficie.
La idea se fundamenta en experimentos de laboratorio que simulan el comportamiento de sublimación de hielo enterrado bajo el polvo a través del calor transmitido por la luz solar.
Estas pruebas demuestran que más del 80% del vapor de agua que desprende no consigue traspasar el manto de polvo, sino que es redepositado bajo la superficie.
La energía adicional para la sublimación también podría ofrecerse mediante una transformación de la estructura del hielo a nivel molecular. A temperaturas bajas como las que observamos en los cometas, el hielo amorfo puede convertirse en hielo cristalino, desprendiendo energía durante el proceso.
«El crecimiento del grano de hielo puede dar lugar a la formación de capas subsuperficiales de hielo de varios metros de grosor, que pueden afectar a la estructura a gran escala, porosidad y propiedades termales del núcleo» —declara Fabrizio Capaccioni, investigador principal de VIRTIS—.
«Las finas capas de hielo que observamos al descubierto cerca de la superficie pueden ser consecuencia de la actividad y evolución del cometa, lo que sugiere que la formación de capas no ocurre necesariamente en la etapa inicial de la historia de formación del cometa».
«Comprender qué características del cometa se determinan en el momento de su formación y cuáles se crean durante su evolución es una tarea algo ambiciosa, pero es la razón por la que estamos estudiando el cometa tan de cerca: para intentar descubrir qué procesos son importantes en las diferentes etapas de la vida de un cometa» —añade Matt Taylor, jefe del proyecto Rosetta de la ESA—.
Los científicos de Rosetta están analizando los datos recopilados posteriormente por la misión, dado que el cometa se aproximó al Sol a mediados de 2015, con intención de observar cómo evolucionó la cantidad de hielo expuesto en la superficie según iba aumentando el calor.
«Hielo al descubierto en el núcleo del cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko», G. Filacchione et al, publicado en la revista Nature.
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