Un equipo dirigido por el Southwest Research Institute ha detectado dióxido de carbono y peróxido de hidrógeno por primera vez en la superficie helada de Caronte, la luna más grande de Plutón, utilizando observaciones del Telescopio Espacial James Webb. Estos descubrimientos se suman a la lista de sustancias químicas conocidas de Caronte, previamente identificadas mediante observaciones terrestres y espaciales, incluido el hielo de agua, las especies que contienen amoníaco y la materia orgánica responsable de los colores gris y rojo de Caronte.
“Caronte es el único objeto de tamaño mediano del Cinturón de Kuiper, entre 300 y 1.000 millas de diámetro, que ha sido cartografiado geológicamente, gracias a la misión New Horizons liderada por el SwRI, que pasó por el sistema de Plutón en 2015”, dijo el Dr. Silvia Protopapa, autora principal de un nuevo artículo de Nature Communications y co-investigadora de la misión New Horizons. “A diferencia de muchos objetos grandes del Cinturón de Kuiper, la superficie de Caronte no está oscurecida por hielos altamente volátiles como el metano y, por lo tanto, proporciona información valiosa sobre cómo procesos como la exposición a la luz solar y la formación de cráteres afectan a estos cuerpos distantes”.
El Telescopio Webb es una plataforma ideal para la exploración detallada de Caronte y otros cuerpos helados en la región más allá de la órbita de Neptuno. En 2022 y 2023, el equipo utilizó el espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb para obtener cuatro observaciones del sistema Plutón-Caronte. Las diferentes geometrías de visualización proporcionan una cobertura completa del hemisferio norte de Caronte.
“Las capacidades de observación avanzadas de la web han permitido a nuestro equipo explorar la luz dispersada desde la superficie de Caronte en longitudes de onda más largas de lo que era posible anteriormente, ampliando nuestra comprensión de la complejidad de este fascinante objeto”, dijo el Dr. Yan Wang, científico del personal. Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial y coautor del artículo.
La cobertura de longitud de onda extendida de las mediciones de la red de Caronte revela la firma del dióxido de carbono. El equipo comparó las observaciones espectroscópicas con mediciones de laboratorio y modelos espectrales detallados de la superficie, concluyendo que el dióxido de carbono está presente principalmente como una capa superficial en una superficie rica en hielo de agua.
“Nuestra explicación preferida es que la capa superior de dióxido de carbono se originó en el interior y quedó expuesta a la superficie a través de un cráter. Se sabe que el dióxido de carbono está presente en la región del disco protoplanetario a partir del cual se formó el sistema de Plutón”, Protopapa dicho.
La presencia de peróxido de hidrógeno en la superficie de Caronte indica claramente que la superficie rica en hielo de agua es modificada por la radiación ultravioleta solar y partículas energéticas del viento solar y los rayos cósmicos galácticos. El peróxido de hidrógeno se forma a partir de átomos de oxígeno e hidrógeno que surgen de la disociación del hielo de agua debido a la entrada de iones, electrones o fotones.
“Los experimentos de laboratorio realizados en las instalaciones CLASSE (Centro de Experimentos de Laboratorio de Astrofísica y Ciencias Espaciales) del SwRI demuestran que el peróxido de hidrógeno se puede formar a partir de una mezcla de dióxido de carbono y hielo de agua, incluso en condiciones análogas a las del Caronte”. Raut, líder del laboratorio de clase y segundo autor del artículo.
La investigación del equipo demuestra la capacidad incomparable del Telescopio Webb para descubrir firmas superficiales complejas formadas por procesos de impacto y radiación.
“Los nuevos conocimientos son posibles gracias a la combinación de observaciones web, modelos espectrales y experimentos de laboratorio y probablemente sean aplicables a otros objetos similares de tamaño mediano más allá de Neptuno”, dijo Protopapa.