La sorprendente disociación molecular en la cola del cometa 67-P

El estudio ininterrumpido del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko que está realizando Rosetta ha desvelado un proceso inesperado que provoca la rápida disociación de las moléculas de agua y de dióxido de carbono emitidas por el núcleo del cometa.

La misión Rosetta de la ESA llegó a este cometa en agosto del año pasado. Desde entonces, ha estado sobrevolando su núcleo a distancias de entre unos escasos 8 km y varios cientos de kilómetros para recoger datos sobre cada aspecto de su entorno con un conjunto de 11 instrumentos científicos.

Uno de estos instrumentos, el espectrómetro Alice desarrollado por la NASA, tiene como misión analizar la composición química de la atmósfera del cometa, o ‘coma’, en las longitudes de onda del ultravioleta lejano.

En estas longitudes de onda, Alice puede detectar la presencia de algunos de los elementos más abundantes del Universo, tales como el hidrógeno, el oxígeno, el carbono o el nitrógeno, permitiendo a los científicos identificar la composición química de los gases de la coma.

En un artículo aceptado por la publicaciónAstronomy and Astrophysics, los investigadores describen los resultados obtenidos por Alice durante los cuatro primeros meses en órbita al cometa, cuando la sonda Rosetta se encontraba a una distancia de entre 10 y 80 kilómetros del centro de su núcleo.

Este estudio analizó la naturaleza de los ‘chorros’ de vapor de agua y de dióxido de carbono expulsados por la superficie del cometa a medida que se va calentando. Para ello, se registraron las emisiones de los átomos de hidrógeno y de oxígeno procedentes de la disociación de las moléculas de agua en las proximidades del núcleo del cometa, y las de los átomos de carbono en el caso del anhídrido carbónico.

El análisis desveló que las moléculas se disocian en un proceso de dos pasos.

En primer lugar, un fotón ultravioleta procedente del Sol choca con una molécula de agua en la coma y la ioniza, liberando un electrón. Este electrón a su vez choca con otra molécula de agua, liberando dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno cargados de energía. Estos átomos emiten luz ultravioleta con una longitud de onda determinada, que es detectada por los sensores de Alice.

De forma similar, la disociación de las moléculas de dióxido de carbono y las emisiones de los átomos de carbono detectadas también están provocadas por el impacto de electrones libres.

“Al analizar la intensidad relativa de las distintas emisiones atómicas, llegamos a la conclusión de que estamos observando directamente las moléculas ‘matriz’ que están siendo disociadas por electrones en el entorno inmediato del núcleo del cometa, a menos de 1 kilómetro de su superficie”, explica Paul Feldman, profesor de física y de astronomía en la Universidad Johns Hopkins de Baltimore, y autor principal del artículo que presenta estos resultados.

Desde la Tierra, o desde los observatorios espaciales en órbita a nuestro planeta, como el Telescopio Espacial Hubble, sólo se pueden estudiar los constituyentes atómicos de los cometas después de que sus moléculas hayan sido disociadas por la luz del Sol a cientos o a miles de kilómetros de su núcleo.

“Este descubrimiento es totalmente inesperado”, confiesa Alan Stern, investigador principal del instrumento Alice y vicepresidente asociado de la División de Ciencia e Ingeniería Espacial del Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI).

“Estos resultados demuestran la importancia de viajar hasta los cometas para observarlos de cerca, ya que sería simplemente imposible realizar un descubrimiento como este desde la Tierra o desde la órbita terrestre con cualquier tipo de observatorio. Estos datos están transformando las bases de nuestro conocimiento de los cometas”.

“Al observar las emisiones de los átomos de hidrógeno y de oxígeno procedentes de las moléculas de agua, también podemos rastrear el origen y la estructura de los chorros de vapor expulsados por la superficie del cometa”, añade Joel Parker, coautor del artículo y subdirector de la División de Ciencia e Ingeniería Espacial del SwRI en Boulder, Colorado.

Los investigadores comparan la disociación de las moléculas en el cometa con los procesos que explicarían las emisiones de Europa, una de las lunas de hielo de Júpiter, con la diferencia de que en el cometa el proceso está desencadenado por fotones solares, y en el caso de Europa por electrones procedentes de la magnetosfera de Júpiter.

Los resultados de Alice son consistentes con los datos recogidos por otros instrumentos de Rosetta, en particular MIRO, ROSINA y VIRTIS, que son capaces de analizar la abundancia de los constituyentes de la coma y su evolución con el paso del tiempo, y con los de los detectores de partículas como RPC-IES.

“Estos primeros resultados de Alice demuestran la importancia de estudiar el cometa en diferentes longitudes de onda y con diferentes técnicas para poder comprender los distintos aspectos de su entorno”, explica Matt Taylor, científico del proyecto Rosetta para la ESA.

“Estamos observando cómo evoluciona el cometa a medida que se acerca al punto de su trayectoria más próximo al Sol, que alcanzará en agosto, analizando cómo sus emisiones se vuelven más activas a medida que aumenta el calor y estudiando la interacción del cometa con el viento solar”.

(ESA)