Rosetta detecta nitrógeno molecular en un cometa

Rosetta llegó al cometa 67P en agosto del año pasado, y desde entonces ha estado recogiendo datos sobre el núcleo y su entorno con un conjunto de 11 instrumentos científicos. 

Hacía tiempo que los científicos esperaban encontrar in situ nitrógeno molecular en un cometa. Hasta la fecha, sólo se había detectado nitrógeno formando parte de otros compuestos químicos, como el ácido cianhídrico o el amoniaco. 

Este descubrimiento es especialmente importante, ya que se piensa que el nitrógeno molecular era la forma más común de este elemento cuando se estaba formando el Sistema Solar. En sus regiones más lejanas y frías, pudo ser la principal fuente de nitrógeno para la formación de los planetas gaseosos. Esta molécula también abunda en la densa atmósfera de Titán, la mayor luna de Saturno, y está presente en las atmósferas y en los hielos de las superficies de Plutón y Tritón, el mayor de los satélites de Neptuno. 

Es precisamente en estos fríos confines del Sistema Solar donde se piensa que se formó la familia de cometas a la que pertenece el 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Este hallazgo está basado en las 138 mediciones realizadas por el instrumento ROSINA de Rosetta entre los días 17 y 23 de octubre de 2014, cuando la sonda europea se encontraba a 10 kilómetros del centro del cometa. 

“La detección de nitrógeno molecular permite acotar significativamente las condiciones en las que se formó el cometa, porque se necesitan temperaturas muy bajas para que esta molécula quede atrapada en el hielo”, explica Martin Rubin, de la Universidad de Berna y autor principal del artículo que presenta estos resultados en la revista Science. 

Se piensa que el nitrógeno molecular quedó atrapado en los hielos de la nebulosa protosolar a una temperatura similar a la necesaria para fijar el monóxido de carbono. Así, los científicos han podido restringir los modelos que describen la formación de los cometas al comparar la proporción de nitrógeno molecular frente a la de monóxido de carbono presente en el cometa y en la nebulosa protosolar, ésta última calculada a partir del ratio medido en Júpiter y en el viento solar. 

Esta proporción resulta ser unas 25 veces más baja en el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko que en las estimaciones de la nebulosa protosolar. Los científicos piensan que este déficit podría ser una consecuencia de las temperaturas a las que se formó el hielo en la nebulosa que dio origen a nuestro Sistema Solar. 

Una hipótesis sugiere que el hielo se formó a una temperatura de entre -250°C y -220°C, y el nitrógeno molecular habría quedado fijado de forma relativamente ineficiente en el hielo amorfo o en unas celdas de agua congelada conocidas como clatratos, lo que en ambos casos explicaría esta baja proporción.

Otra hipótesis plantea que el nitrógeno molecular se habría fijado de forma más eficiente a temperaturas más bajas, en el entorno de los -253°C, en la misma región que Plutón y Tritón, formando los hielos ricos en nitrógeno que se pueden encontrar en estos dos cuerpos celestes. 

El posterior calentamiento del cometa debido al decaimiento de nucleidos radioactivos o a su desplazamiento a una órbita más próxima al Sol podría haber sido suficiente para desencadenar la liberación del nitrógeno y reducir su proporción con el paso del tiempo. 

“La fijación a muy baja temperatura sería similar al mecanismo que explica el origen de los hielos ricos en nitrógeno de Plutón y Tritón, y sería coherente con el origen del cometa en el Cinturón de Kuiper”, añade Martin. 

El otro cuerpo del Sistema Solar con una atmósfera dominada por el nitrógeno es la Tierra. La mejor teoría sobre su origen está relacionada con la tectónica de placas, y sugiere que los volcanes estarían liberando el nitrógeno almacenado en los silicatos del manto. 

Sin embargo, la gran pregunta sigue siendo qué papel jugaron los cometas a la hora de traer este importante ingrediente a nuestro planeta.

“Al igual que queríamos comprender si los cometas habían traído el agua a la Tierra, también nos gustaría acotar el papel que jugaron en el transporte de otros ingredientes, y en particular de los necesarios para construir los bloques fundamentales de la vida, como lo es el nitrógeno”, explica Kathrin Altwegg, también de la Universidad de Berna e investigadora principal del instrumento ROSINA. 

Para poder evaluar la posible contribución de cometas como el 67P a los niveles de nitrógeno en nuestra atmósfera, los científicos asumieron que la relación isotópica de ¹⁴N y ¹⁵N en el cometa era la misma que la que había sido medida en Júpiter y en el viento solar, que representa la composición de la nebulosa protosolar. 

Esta relación isotópica es muy superior a la medida en otros compuestos químicos basados en el nitrógeno presentes en los cometas, como el ácido cianhídrico o el amoniaco. 

La relación ¹⁴N/¹⁵N de la Tierra se encuentra a mitad de camino entre estos dos valores. Si existiese una mezcla similar de la forma molecular y de ácido cianhídrico y amoniaco en los cometas, sería al menos concebible que el nitrógeno de la Tierra procediese de los cometas. 

“Sin embargo, el nitrógeno detectado en 67P/Churyumov-Gerasimenko no es una mezcla comparable de nitrógeno molecular y de las otras moléculas basadas en el nitrógeno, de hecho la proporción de la forma molecular es unas 15 veces inferior, lo que significa que la relación ¹⁴N/¹⁵N de la Tierra no se podría explicar a partir del transporte de nitrógeno por la familia de cometas de Júpiter”, concluye Martin. 

“Esta es otra pieza del puzle para determinar el papel que jugó la familia de cometas de Júpiter en la evolución del Sistema Solar, pero todavía falta mucho para completar este rompecabezas”, explica Matt Taylor, científico del proyecto Rosetta para la ESA. 

“Rosetta todavía se encuentra a cinco meses de alcanzar su perihelio, y seguiremos estudiando cómo varía la composición de sus gases a lo largo de este periodo, intentando descifrar todo lo que nos puede contar sobre el pasado de este cometa”.

Nota a los Editores

“Molecular nitrogen in comet 67P/Churyumov-Gerasimenko indicates a low formation temperature”, de M. Rubin et al. fue publicado en la edición del 20 de marzo de la revista Science. 

ROSINA es el Espectrómetro del Orbitador Rosetta para el Análisis de Iones y Partículas Neutras, y está formado por dos espectrómetros de masas – el Espectrómetro de Masas de Doble Enfoque (DFMS) y el Reflectrón de Tiempo de Vuelo (RTOF) – y por el Sensor de Presión Cometaria (COPS). Las mediciones utilizadas en este estudio fueron realizadas con el DFMS. El equipo de ROSINA está liderado por Kathrin Altwegg de la Universidad de Berna, Suiza. 

Entre los días 17 y 23 de octubre de 2014 se determinó una relación promedio de N₂/CO de (5.70 ± 0.66) x 10^-3. El mínimo y el máximo registrados fueron de 1.7 x 10^-3 y de 1.6 x 10^-2, respectivamente. Dado que la cantidad y la composición de los gases varía con la rotación del cometa y con la posición relativa del satélite, se han utilizado valores promedio. 

Se ha asumido que la relación ¹⁴N/¹⁵N en el N₂ del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko es de 441, lo que se corresponde con el valor medido en Júpiter y en el viento solar, y que representaría la nebulosa protosolar. La relación ¹⁴N/¹⁵N en el nitrógeno contenido en el ácido cianhídrico y en el amoniaco es de 130, según se ha medido en otros cometas. En la Tierra este valor es de 272. 

Rosetta

Rosetta es una misión de la ESA en la que participan sus Estados miembros y la NASA. El módulo de aterrizaje Philae ha sido desarrollado por un consorcio dirigido por el DLR, MPS, CNES y ASI. Rosetta es la primera misión de la historia en reunirse con un cometa, y actualmente lo está acompañando en su órbita alrededor del Sol. Philae aterrizó sobre la superficie del cometa el 12 de noviembre de 2014. 

Los cometas son cápsulas del tiempo que todavía contienen materiales de la época en la que se formaron el Sol y los planetas. Al estudiar el gas, el polvo, la estructura del núcleo y los materiales orgánicos del cometa, tanto a distancia como sobre su superficie, la misión Rosetta podría ser la clave para descifrar la historia y la evolución de nuestro Sistema Solar.

Para más información:

Markus Bauer





ESA Science and Robotic Exploration Communication Officer






Tel: +31 71 565 6799






Mob: +31 61 594 3 954






Email: markus.bauer@esa.int

Martin Rubin
University of Bern, Switzerland
Email: martin.rubin@space.unibe.ch

Kathrin Altwegg

Principal investigator for ROSINA

University of Bern, Switzerland

Email: kathrin.altwegg@space.unibe.ch

Matt Taylor




ESA Rosetta project scientist




Email: matthew.taylor@esa.int