Agencias/Ciudad de México.- Observaciones con el telescopio espacial Webb han detectado por primera vez peróxido de hidrógeno en Ganímedes y vapores sulfurosos en Io, ambos resultado de la influencia dominante de Júpiter.
“Esto demuestra que podemos hacer ciencia increíble con el Telescopio Espacial James Webb en objetos del sistema solar, incluso si el objeto es realmente muy brillante, como Júpiter, pero también cuando miras cosas muy débiles al lado de Júpiter”, dijo en un comunicado Imke de Pater, profesora emérita de astronomía y ciencias planetarias y de la tierra en la Universidad de California, Berkeley. De Pater y Thierry Fouchet del Observatorio de París son co-investigadores principales del equipo de observación del sistema solar Early Release Science, uno de los 13 equipos que tienen acceso temprano al telescopio.
Samantha Trumbo, becaria postdoctoral de 51 Pegasi b en la Universidad de Cornell, dirigió el estudio de Ganímedes, que se publicó el 21 de julio en la revista Science Advances. Usando mediciones capturadas por el espectrómetro de infrarrojo cercano (NIRSpec) en JWST (James Webb Space Telescope), el equipo detectó la absorción de luz por peróxido de hidrógeno (H2O2) alrededor de los polos norte y sur de la luna, como resultado de partículas cargadas alrededor de Júpiter y Ganímedes que impactan el hielo que cubre la luna.
“JWST, revelando la presencia de peróxido de hidrógeno en los polos de Ganímedes muestra por primera vez que las partículas cargadas canalizadas a lo largo del campo magnético de Ganímedes están alterando preferentemente la química de la superficie de sus casquetes polares”, dijo Trumbo.
Esta detección implica directamente la modificación radiolítica de los casquetes polares por precipitación de partículas jovianas cargadas a lo largo de líneas de campo parcialmente abiertas dentro de la magnetosfera de Ganímedes. Los marcados contrastes entre la distribución espacial de este peróxido de hidrógeno polar, los de otros oxidantes radiolíticos de Ganímedes y el peróxido de hidrógeno en la vecina Europa tienen implicaciones importantes para comprender la radiólisis del agua helada en todo el sistema solar.
James Webb Space Telescope sees Jupiter moons in a new lighthttps://t.co/s0gOmLqScZ
— UC Berkeley (@UCBerkeley) July 27, 2023
Los astrónomos argumentan que el peróxido es producido por partículas cargadas que golpean el hielo de agua congelado alrededor de los polos y rompen las moléculas de agua en fragmentos, un proceso llamado radiólisis, que luego se recombinan para formar H2O2. Sospechaban que la radiólisis ocurriría principalmente alrededor de los polos de Ganímedes porque, a diferencia de todas las demás lunas de nuestro sistema solar, tiene un campo magnético que dirige partículas cargadas hacia los polos.
“Al igual que el campo magnético de la Tierra dirige las partículas cargadas del sol a las latitudes más altas, causando la aurora, el campo magnético de Ganímedes hace lo mismo con las partículas cargadas de la magnetosfera de Júpiter”, agregó. “Estas partículas no solo dan como resultado auroras en Ganímedes, sino que también impactan en la superficie helada”.
Trumbo y Michael Brown, profesor de astronomía planetaria en Caltech, donde Trumbo recibió recientemente su doctorado, habían estudiado anteriormente el peróxido de hidrógeno en Europa, otro de los cuatro satélites galileanos de Júpiter. En Europa, sin embargo, el peróxido fue detectable en gran parte de la superficie, quizás, en parte, porque no tiene un campo magnético para proteger la superficie de las partículas que se mueven rápidamente alrededor de Júpiter.
“Es probable que este sea un proceso muy importante y generalizado”, dijo Trumbo. “Estas observaciones de Ganímedes proporcionan una ventana clave para comprender cómo la radiólisis del agua podría impulsar la química en los cuerpos helados en todo el sistema solar exterior, incluso en las vecinas Europa y Calisto (la cuarta luna galileana)”.
“Ayuda a comprender realmente cómo funciona esta llamada radiólisis y que, de hecho, funciona como la gente esperaba, según los experimentos de laboratorio en la Tierra”, dijo de Pater.
En un segundo artículo, aceptado para su publicación en la revista JGR: Planets, de Pater y sus colegas informan nuevas observaciones de Webb de Io que muestran varias erupciones en curso, incluido un brillo en un complejo volcánico llamado Loki Patera. y una erupción excepcionalmente brillante en Kanehekili Fluctus. Debido a que Io es la única luna con actividad volcánica en el sistema solar (el empuje y la atracción gravitacionales de Júpiter la calientan), estudios como este brindan a los científicos planetarios una perspectiva diferente a la que se puede obtener al estudiar los volcanes en la Tierra.
Hydrogen peroxide on Jupiter’s largest moon, Ganymede, is constrained to its highest latitudes, according to a new @ScienceAdvances analysis of observations from #JWST. https://t.co/Thb45m03rC pic.twitter.com/GGf8u1FCNM
— Science Magazine (@ScienceMagazine) July 23, 2023
Por primera vez, los investigadores pudieron vincular una erupción volcánica, en Kanehekili Fluctus, con una característica de emisión específica producida por las llamadas transiciones “prohibidas” del gas monóxido de azufre (SO).
El dióxido de azufre (SO2) es el componente principal de la atmósfera de Io y proviene de la sublimación del hielo de SO2, así como de las erupciones volcánicas en curso, similar a la producción de SO2 por parte de los volcanes en la Tierra. Los volcanes también producen SO, que es mucho más difícil de detectar que el SO2. En particular, la línea de emisión prohibida de SO es muy débil porque el SO está en concentraciones muy bajas y se produce solo por un corto tiempo después de ser excitado. Además, las observaciones solo se pueden hacer cuando Io está a la sombra de Júpiter, cuando es más fácil ver los gases SO brillantes. Cuando Io está a la sombra de Júpiter, el gas SO2 en la atmósfera de Io se congela en su superficie, dejando solo SO y gas SO2 volcánico recién emitido en la atmósfera.
“Estas observaciones con Webb muestran por primera vez que este SO excitado en realidad provino de un volcán”, dijo de Pater.
Ganímedes es el único satélite del sistema solar que se sabe que tiene un campo magnético intrínseco. Se espera que las interacciones entre este campo y la magnetosfera joviana canalicen la mayoría de las partículas cargadas asociadas, que alteran radiolíticamente la química de la superficie en todo el sistema de Júpiter, hacia las regiones polares de Ganímedes. Utilizando las observaciones obtenidas con JWST como parte del programa Early Release Science que explora el sistema de Júpiter, informamos el descubrimiento de peróxido de hidrógeno, un producto de radiólisis del hielo de agua, limitado específicamente a las latitudes altas.
A pesar de las preguntas persistentes sobre el equilibrio de los controles en la radiólisis del hielo de agua en estos satélites, la detección de H2O2 restringida a los casquetes polares irradiados y cubiertos de escarcha de Ganímedes proporciona una perspectiva importante sobre este proceso y una ventana a cómo el propio campo magnético de Ganímedes influye en la alteración. de su química superficial. Futuros experimentos de laboratorio enfocados en la influencia relativa de la temperatura, la composición y los controles de radiación en la producción de H2O2, además del modelado químico de las numerosas vías de reacción posibles durante la radiólisis del hielo de agua, pueden ayudarnos a llegar a una comprensión unificada de cómo operan estos procesos en cuerpos helados en todo el sistema solar.
Cada observación de Ganímedes consta de cuatro difuminados (con solo pequeños cambios de posición entre los difuminados debido al hecho de que Ganímedes casi llena las IFU) y, con una alta resolución espectral, el espectro se dispersa en dos detectores separados (“NRS1” y “NRS2” ). Cada archivo de datos de los detectores separados y diferentes difuminados se analiza como se indicó anteriormente. Para combinar las tramas en una sola imagen, primero usamos una correlación cruzada para determinar el desplazamiento de un cubo al siguiente, y cambiamos los cubos para alinearlos espacialmente. No hacemos ningún intento de desplazamiento de subpíxeles, lo que posiblemente degradaría la resolución espacial hasta en la mitad de un píxel espacial, pero consideramos que esta degradación es un intercambio aceptable para mantener la integridad de los datos originales.
Para combinar los cuatro difuminados, aplicamos una escala a cada uno de los cuatro espectros en cada píxel espacial para normalizar los espectros al mismo nivel de flujo medio en todas las longitudes de onda, y luego tomamos la mediana de los cuatro espectros en cada valor de longitud de onda para construir el espectro combinado final en cada píxel espacial. Los píxeles defectuosos son comunes en los datos y se identifican mediante la canalización estándar. Si un píxel espacial tiene más de un píxel defectuoso en una determinada longitud de onda, se usa la media de los píxeles buenos restantes.
Former MP Imke de Pater is a part of the Titan team studying the Saturn’s moon Titan clouds and tracking their movement with the Keck Telescope and the James Webb Space Telescope.#saturn #moon #solarsystem https://t.co/GLDz2Qhodb
— UCB Miller Institute (@UCB_MillerInst) December 8, 2022
