Rayos cósmicos galácticos afectan la atmósfera de Titán

18 Febrero, 2020 / Tiempo de lectura: 6 minutes

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos planetarios reveló los secretos de la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno. Los investigadores detectaron huellas químicas que indican que los rayos cósmicos provenientes de zonas externas al Sistema Solar afectan a las reacciones químicas que intervienen en la formación de moléculas orgánicas a base de nitrógeno. Esta es la primera observación que confirma la existencia de estos procesos, y contribuye para una mejor comprensión del intrigante medioambiente de Titán.

Esta luna genera mucho interés debido a su atmósfera única, donde se han detectado determinadas moléculas orgánicas que constituyen un ambiente prebiótico. 

El científico de la Universidad de Tokio, Takahiro Iino, y su equipo usaron ALMA para revelar los procesos químicos que ocurren en la atmósfera de Titán. Los astrónomos detectaron señales débiles pero sostenidas de acetonitrilo (CH₃CN) y su raro isotopómero CH₃C¹⁵N en los datos de ALMA. 

“Descubrimos que la concentración de ¹⁴N en el acetonitrilo es mayor que en otras moléculas de nitrógeno, como el HCN y el HC₃N”, explica Iino. “Esto coincide con las recientes simulaciones informáticas de procesos químicos en presencia de rayos cósmicos muy energéticos”.

Hay dos grandes factores en los procesos químicos de la atmósfera: la luz ultravioleta (UV) proveniente del Sol y los rayos cósmicos provenientes de fuera del Sistema Solar. En la parte superior de la estratósfera, la luz UV destruye de forma selectiva las moléculas de nitrógeno que contienen ¹⁵N, puesto que la luz UV con la longitud de onda específica que interactúa con el ¹⁴N¹⁴N es neutralizada a esa altitud a causa de la fuerte absorción. Así, las moléculas a base de nitrógeno producidas allí tienden a contener grandes concentraciones de ¹⁵N. Por otro lado, los rayos cósmicos penetran más e interactúan con moléculas de nitrógeno que contienen solo ¹⁴N. En consecuencia, se produce una diferencia en la cantidad de moléculas con ¹⁴N y ¹⁵N. Los investigadores revelaron que el acetonitrilo de la parte inferior de la estratósfera contiene más ¹⁴N que otras moléculas de nitrógeno estudiadas anteriormente.

“Suponemos que los rayos cósmicos galácticos desempeñan un importante papel en las atmósferas de otros cuerpos del Sistema Solar”, comenta Hideo Sagawa, profesor asociado de la Universidad Kyoto Sangyo, quien participó en la investigación. “Podría ser un proceso universal, con lo cual entender el papel de los rayos cósmicos en Titán es fundamental para la ciencia planetaria en general”. 

Titán es uno de los objetos más observados con ALMA. Los datos recabados con este radiotelescopio deben ser calibrados para eliminar las fluctuaciones causadas por variaciones en las condiciones meteorológicas locales y factores mecánicos. Así, de vez en cuando el personal del observatorio apunta sus antenas hacia fuentes brillantes como Titán durante las observaciones científicas para realizar mediciones de referencia. Gracias a ello hay una gran cantidad de datos sobre Titán almacenada en el archivo científico de ALMA. Tras hurgar en el archivo y reanalizar los datos de Titán, Iino y su equipo detectaron sutiles huellas de CH₃C¹⁵N.

Información adicional

Los resultados de este estudio están consignados en el artículo de T. Iino et al. titulado “14N/15N isotopic ratio in CH3CN of Titan's atmosphere measured with ALMA” (‘Proporción isotópica del ¹⁴N/¹⁵N en el CH₃CN de la atmósfera de Titán medida con ALMA’), publicado en The Astrophysical Journal en febrero de 2020.

El equipo de investigación estuvo integrado por Takahiro Iino (Universidad de Tokio), Hideo Sagawa (Universidad de Kyoto Sangyo) y Takashi Tsukagoshi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón).

Esta investigación contó con el apoyo de los fondos JSPS KAKENHI (17K14420 y 19K14782), la Fundación para el Progreso de las Telecomunicaciones y el Centro de Astrobiología del Instituto Nacional de Ciencias Naturales de Japón.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este. 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Imágenes

Imagen óptica de Titan captada por la nave espacial Cassini de la NASA.
Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Espectro de CH3CN y CH3C15N captado por ALMA en la atmósfera de Titan. Las líneas punteadas verticales indican la frecuencia de líneas de emisión de dos moléculas predichas por el modelo teórico.
Crédito: Iino et al. (Universidad de Tokio)