¿Hay volcanes en algún cometa?

La investigación sobre las explosiones detectadas en cometas, sugieren que podría haber actividad criovolcánica en cuerpos cometarios.

El telescopio espacial Spitzer capturó imágenes del cometa 29 P/Schwassmann-Wachman cuyas frecuentes explosiones podrían tener origen en su criovulcanismo.

Los volcanes podrían no ser exclusivos de lunas y planetas. Un cometa que orbita entre Marte y Júpiter parece tener signos de actividad criovolcánica propia, lanzando material congelado en lugar de lava incandescente. Más que de un simple montículo estático, las erupciones provienen de un mismo punto en repetidas ocasiones antes de desplazarse eventualmente a otra región de la corteza helada.

La lenta rotación del cometa permite a la corteza debilitarse en el transcurso de su día, mientras el monóxido de carbono se acumula sobre la superficie nuevamente durante la noche. Eventualmente, la presión acumulada bajo la superficie, le obliga a erupcionar. A diferencia de los flujos detectados en otros cometas, las erupciones de lava fría son repentinas y explosivas, sin señales de incremento gradual.

“Son eventos abruptos” según Richard Miles, un científico cometario de la British Astronomical Association que presentó los resultados de su informe en el encuentro de la  División de Ciencias Planetarias, en Pasadena, California. Una vez la explosión ha tenido lugar, se desvanece sin poder apreciar el mismo lento decaimiento que observamos en los flujos comunes en otros cometas. “Todas las pruebas apuntan a que se trata de actividad criovolcánica.”

Un enigma sin resolver.

El cometa 29P/Schwassmann-Wachman es el más activo de todos los cometas conocidos. Poco después de ser descubierto en 1927, el brillo del cometa comenzó a cambiar drásticamente. Mientras muchos cometas incrementan su brillo conforme se aproximan al sol, 29 P orbita en un círculo casi perfecto, manteniendo una distancia bastante estable con la estrella. A pesar de la estabilidad de su órbita, el cometa presenta cambios importantes, convirtiéndolo en uno de los favoritos para observar por parte de los astrónomos.

Miles y sus colaboradores han estudiado el cometa durante más de 10 años, identificando 64 explosiones en el diminuto objeto.  Este cuerpo helado puede registrar tres o cuatro explosiones al año, aunque ha habido años de entre siete y ocho. Localizando la situación de dichas explosiones en su superficie, los científicos determinaron que muchas de ellas provenían de las mismas regiones. Mientras algunas reaparecían tras un día aproximadamente, a otras les llevaba más de 20 años reaparecer, según datos basados en las más recientes observaciones. Ha sido esta periodicidad en su reaparición lo que ha permitido a Miles y su equipo denominarlas como “criovolcánicas”. A diferencia de los volcanes habituales, que expelen lava derretida, los criovolcanes expulsan gases congelados tan intensamente como sus primos calientes.

Los criovolcanes pueden ser bastante habituales en las lunas congeladas del sistema solar, incluidas las lunas jovianas Europa y Ganímedes y la luna de Saturno, Titán. Los planetas enanos podrían albergar igualmente estas montañas glaciales, en ambos (Plutón y Ceres) hay estructuras identificadas como posibles criovolcanes. El cometa 29 P no posee estructuras en su superficie que se asemejen a volcanes de hielo. En su lugar, Miles interpreta la actividad como potencialmente volcánica.

“Si solo aparece una vez, no es un volcán”, según Miles. La mayoría de las zonas han estado activas dos o tres veces antes de cesar la actividad.

El Monte Ahuna en la superficie del planeta enano Ceres podría ser uno de los muchos volcanes de hielo en todo el sistema solar.

La extraña actividad podría deberse al inusual ciclo día/noche del cometa. A diferencia de muchos cometas, que rotan en escalas de horas, 29P rota solo una vez cada 60 días terrestres. Durante la larga noche del cometa, el material puede acumularse en depósitos bajo la superficie. Cuando el cometa rota hacia su prolongado día, el gas se expande, estirando la superficie. Las altas presiones pueden ayudar al gas a romper la superficie, permitiendo la liberación mediante una explosión semejante a una erupción volcánica. En lugar de magma caliente, chorros de gas congelado fluyen del cometa.

“El material sale a borbotones con un comportamiento parecido a la cera”, según Miles.  La cera se ablanda mucho antes de derretirse o licuarse; el mismo efecto parece tener lugar en el material emergente desde el interior de la superficie del cometa. Este material que rodea la fisura eruptiva, eventualmente sella el hueco, hasta que la presión consigue ser la suficiente para volver a debilitar y romper la superficie previamente sellada.

Este material “cerúleo” puede desencadenar otra actividad volcánica. Gracias a su enorme núcleo, de cerca de 40 Km de diámetro, mucho mayor que el de muchos otros cometas, gran parte del material expulsado vuelve a caer en su superficie. Si cayera sobre otros depósitos de material enterrado, podría debilitar la corteza lo suficiente como para permitirlos comportarse como nuevos volcanes a partir de ese momento.

“Cuando observas una erupción, podrás hacer un buen seguimiento de la misma y seguramente de varias más” según Miles.

El material resultante de los flujos al espacio, conocidos como “la coma” del cometa, podrían tener aspectos diferentes de las “burbujas” en torno a los cometas. “Tenemos esta corteza expansiva” según Miles. La cobertura alrededor del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, visitado por la misión Rosetta de la ESA, era bastante débil, dice, probablemente se formó muy violentamente.

A pesar de su inusual actividad, el cometa 29P ha recibido muy poca atención de los observatorios tanto desde Tierra como desde el espacio. Miles espera que esto cambie conforme avancen las crónicas de las erupciones inusuales, con la intención de avanzar en la comprensión de los extraños ciclos del distante cuerpo. “Efectivamente, es un enigma” dice.

La investigación completa se publicó en una serie de artículos en la revista “Ícarus” a primeros de este año.

Un resumen del informe:

La imagen presenta una caracterización morfológica y geométrica detallada del cometa 29 P en el óptico, comparando:

  1. Observaciones en multifiltro de la coma eruptiva en 2010 – 2012 con el telescopio de 2.0 metros Faulkes (FT)
  2. Fotometría en alta cadencia y alta precisión en Mayo a Septiembre 2014
  3. Observaciones desde el HST en Marzo 1996 (con filtro WFPC2/F702W)

Las erupciones presentan la tipología de explosivas, por:

  • la subida al máximo es muy rápida;
  • la coma expansiva se puede asimilar a los modelos en los cuales la eyección de material se produce en un evento singular y se expande al espacio con velocidad uniforme, y
  • la velocidad de condensación del material de la coma eyectada indica que el momento y lugar del que procede tienen un origen común.

La brillante explosión del 2 de febrero de 2010 generó una coma de polvo cuya velocidad de expansión superó los 0,257 + 0,013 Km/s, consistente con la aceleración de los componentes cometarios próximos al núcleo y expuestos por sublimación de hielo de CO y N2 a 24 + 6 ºK.

El material eyectado tras aproximadamente un día de esta explosión, exhibió un gradiente de color, desde un rojo más intenso próximo al flujo principal hacia más azulado en la dirección opuesta; surgiendo, potencialmente, a partir de diferencias en el espectro de emisión (del gas), la dispersión de la luz (por el tamaño de las partículas) y la reflexión espectral (composición).

Las imágenes en color, revelaron diferencias en la composición en estructuras cercanas al núcleo y la evolución de la coma expansiva, cuyo brillo aumentó hasta un 30% en los 5 a 6 días tras la erupción. La fotometría de banda ancha indicó una coma que se enrojecía con el tiempo (cambiando en 14 días). La fotometría indicó una atenuación espectral gradual a > 700 nm.

Una coma asimétrica, en abanico, característica de 29P, se forma cuando la nube expansiva de una erupción es capturada por el núcleo. Las imágenes con los filtros de gradiente rotacional de HST y FT muestran inusuales simetrías en 2 y 4 capas envolviendo en dirección radialmente opuesta flujos emergentes a más de 0,15 Km/s.: posiblemente indicativos de material  escapando de fisuras a lo largo del perímetro de la corteza desalojada vía las rupturas provocadas por la presión en las capas subsuperficiales.

Parejas de explosiones separadas en el tiempo entre 52 a 65 días tuvieron lugar en 2010, 2011 y 2012 en las que se pudo observar un modelo de flujo de coma similar, indicativo de erupciones repetidas una segunda vez desde la misma fuente, lo que sugiere un periodo de rotación del núcleo de 59 + 4 días.

La velocidad de escape del núcleo es suficientemente alta (0,013 a 0,023 Km/s) como para que un significativo número de eyectas vuelvan a caer a la superficie, como resultado de las cuales, se sugiere que la corteza se reconforme y pueda desencadenar erupciones desde lugares próximos (como ejemplo, los eventos triples de febrero de 2010 y mayo de 2014).

Un brillo anormalmente rápido (de menos de un día) y de una intensidad de magnitud 0,36 + 0,12 se pudo observar el 21 de julio de 2014 durante el evento quiescente (inactivo) que se elevó levemente en la mini erupción en la que gran parte del material eyectado cayó sin poder alcanzar la velocidad de escape.

Durante el evento quiescente (no activo) de 2014, el cometa 29 P fluctuó en brillo en escalas temporales de 2 a 10 días en magnitudes + 0,25, probablemente debido a la actividad de los flujos locales continuados que alimentaban  la persistentemente débil coma.

29P también exhibió débiles explosiones de magnitud menor que 1 durante esta quiescencia y eso pudo pasar desapercibido para los observadores.

La modelización de los análisis de las imágenes para trazar la localización del centro de la coma, con incremento de apertura fotométrica, se usan para cuantificar el movimiento direccional de los halos cometarios transcurridos 1 a 2 días tras una explosión.

Fuentes: Nasa, Minor Planet Center, revista Astronomy, Nola Taylor Redd.

NASA/JPL/Caltech/Ames Research Center/University of Arizona

NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI

Imágenes de la web.

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