Un team co-guidato dal Southwest Research Institute ha trovato prove di attività idrotermale o metamorfica all’interno dei pianeti nani ghiacciati Eris e Makemake, situati nella cintura di Kuiper. Il metano rilevato sulle loro superfici presenta segni rivelatori di geochimica calda o addirittura calda nei loro nuclei rocciosi, che è nettamente diversa dalla firma del metano di una cometa.
"Vediamo alcuni segnali interessanti di tempi caldi in luoghi freddi", ha affermato il dottor Christopher Glein del SwRI, esperto di geochimica planetaria e autore principale di un articolo su questa scoperta.
"Sono entrato in questo progetto pensando che i grandi oggetti della Cintura di Kuiper (KBO) dovessero avere superfici antiche popolate da materiali ereditati dalla nebulosa solare primordiale, poiché le loro superfici fredde possono preservare sostanze volatili come il metano. Invece, il James Webb Space Telescope (JWST) ha fornito ci ha sorpreso. Abbiamo trovato prove che indicano processi termici che producono metano all'interno di Eris e Makemake."
La Cintura di Kuiper è una vasta regione di corpi ghiacciati a forma di ciambella oltre l'orbita di Nettuno, ai margini del sistema solare. Eris e Makemake sono di dimensioni paragonabili a Plutone e alla sua luna Caronte. Questi corpi probabilmente si sono formati all’inizio della storia del nostro sistema solare, circa 4,5 miliardi di anni fa. Lontani dal calore del nostro sole, si credeva che i KBO fossero oggetti freddi e morti.
Il lavoro appena pubblicato dagli studi JWST ha effettuato le prime osservazioni di molecole isotopiche sulle superfici di Eris e Makemake. Questi cosiddetti isotopologhi sono molecole che contengono atomi con un diverso numero di neutroni. Forniscono dati utili per comprendere l'evoluzione planetaria.
Il team del JWST ha misurato la composizione delle superfici dei pianeti nani, in particolare il rapporto tra deuterio (idrogeno pesante, D) e idrogeno (H) nel metano. Si ritiene che il deuterio si sia formato nel Big Bang e che l'idrogeno sia il nucleo più abbondante nell'universo. Il rapporto D/H su un corpo planetario fornisce informazioni sull'origine, la storia geologica e i percorsi di formazione dei composti contenenti idrogeno.
"Il rapporto D/H moderato che abbiamo osservato con JWST smentisce la presenza di metano primordiale su una superficie antica. Il metano primordiale avrebbe un rapporto D/H molto più elevato", ha detto Glein.
"Invece, il rapporto D/H indica origini geochimiche per il metano prodotto nelle profondità interne. Il rapporto D/H è come una finestra. Possiamo usarlo in un certo senso per scrutare nel sottosuolo. I nostri dati suggeriscono temperature elevate nel nuclei rocciosi di questi mondi in modo che il metano possa essere cotto. Azoto molecolare (N2 ) potrebbe essere prodotto e lo vediamo su Eris. I nuclei caldi potrebbero anche indicare potenziali fonti di acqua liquida sotto le loro superfici ghiacciate."
Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno imparato che i mondi ghiacciati possono essere molto più evoluti internamente di quanto si credesse in passato. Prove dell'esistenza di oceani sotterranei sono state trovate su diverse lune ghiacciate, come Encelado, luna di Saturno, e Europa, luna di Giove. L'acqua liquida è uno degli ingredienti chiave nel determinare la potenziale abitabilità planetaria.
La possibilità che vi siano oceani d’acqua all’interno di Eris e Makemake è qualcosa che gli scienziati studieranno negli anni a venire. Se uno dei due fosse abitabile, diventerebbe il mondo più distante del sistema solare in grado di sostenere la vita. Trovare indicatori chimici di processi guidati internamente li porta un passo in questa direzione.
"Se Eris e Makemake ospitassero, o forse potessero ancora ospitare, geochimica calda, o addirittura calda, nei loro nuclei rocciosi, i processi criovulcanici potrebbero quindi fornire metano alle superfici di questi pianeti, forse in tempi geologicamente recenti", ha affermato il dottor Will Grundy, un astronomo dell'Osservatorio Lowell, uno dei coautori di Glein e autore principale di un articolo complementare.
"Abbiamo trovato un rapporto isotopico del carbonio ( 13 C/ 12 C) che suggerisce un rifacimento relativamente recente."
Questo lavoro fa parte di un cambiamento di paradigma nella scienza planetaria. Si riconosce sempre più che i mondi freddi e ghiacciati possono essere caldi nel cuore. I modelli sviluppati per questo studio indicano inoltre la formazione di gas geotermici su Titano, luna di Saturno, che contiene anche abbondante metano. Inoltre, la deduzione di attività inaspettate su Eris e Makemake sottolinea l'importanza dei processi interni nel plasmare ciò che vediamo sui grandi KBO ed è coerente con i risultati di Plutone.
"Dopo il sorvolo del sistema Plutone da parte di New Horizons, e con questa scoperta, la fascia di Kuiper si sta rivelando molto più viva in termini di hosting di mondi dinamici di quanto avremmo immaginato", ha affermato Glein. "Non è troppo presto per iniziare a pensare di inviare un veicolo spaziale per sorvolare un altro di questi corpi e collocare i dati JWST in un contesto geologico. Credo che rimarremo sbalorditi dalle meraviglie che ci attendono."
L'articolo è pubblicato sulla rivista Icarus .
Ulteriori informazioni: Christopher R. Glein et al, Rapporti D/H moderati nel ghiaccio di metano su Eris e Makemake come prova di processi idrotermali o metamorfici nei loro interni:analisi geochimica, Icarus (2024). DOI:10.1016/j.icarus.2024.115999
Fornito dal Southwest Research Institute
