El viaje interestelar del carbono a la Tierra

Estamos hechos de polvo de estrellas, dice el dicho, y un par de estudios, incluyendo la investigación de la Universidad de Michigan, revelan que esto puede ser más cierto de lo que pensábamos anteriormente.

El primer estudio, dirigido por el investigador de la U-M Jie (Jackie) Li y publicado en Science Advances, ha descubierto que la mayor parte del carbono en la Tierra probablemente llegó desde el medio interestelar, el material que existe en el espacio entre las estrellas de una galaxia. Esto probablemente sucedió mucho después de que el disco protoplanetario, la nube de polvo y gas que rodeaba nuestro joven sol y contenía los bloques de construcción de los planetas, se formara y se calentara.

Probablemente el carbono también fue aprisionado en sólidos dentro de un plazo de un millón de años después del nacimiento del sol, lo que significa que el carbono, la columna vertebral de la vida en la Tierra, sobrevivió a un viaje interestelar a nuestro planeta.

Anteriormente, los investigadores pensaban que el carbono en la Tierra provenía de moléculas que estaban inicialmente presentes en el gas nebular, que luego se acumulaba en un planeta rocoso cuando los gases estaban lo suficientemente fríos como para que las moléculas se precipitaran.

Li y su equipo, que incluye al astrónomo de la Universidad de Michigan, Edwin Bergin; a Geoffrey Blake, del Instituto de Tecnología de California; a Fred Ciesla, de la Universidad de Chicago; y a Marc Hirschmann, de la Universidad de Minnesota, señalan en este estudio que las moléculas de gas que transportan carbono no estarían presentes para construir la Tierra porque una vez que el carbono se vaporiza, no se vuelve a condensar en un sólido.

"El modelo de condensación se ha utilizado ampliamente durante décadas. Este asume que durante la formación del Sol, todos los elementos del planeta se vaporizaron y, a medida que el disco se enfrió, algunos de estos gases se condensaron y le suministraron ingredientes químicos a los cuerpos sólidos. Pero eso no funciona con el carbono", dijo Li, profesor del Departamento de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente de la Universidad de Michigan.

Gran parte del carbono llegó al disco en forma de moléculas orgánicas. Sin embargo, cuando el carbono se vaporiza, produce especies mucho más volátiles que requieren temperaturas muy bajas para formar sólidos. Más importante aún, el carbono no se vuelve a condensar en una forma orgánica. Debido a esto, Li y su equipo infirieron que la mayor parte del carbono de la Tierra probablemente fue heredado directamente del medio interestelar, evitando la vaporización por completo.

Para comprender mejor cómo la Tierra adquirió su carbono, Li estimó la cantidad máxima de carbono que la Tierra podría contener. Para hacer esto, comparó la rapidez con la que viaja una onda sísmica a través del núcleo con las velocidades de sonido conocidas del núcleo. Esto les indicó a los investigadores que el carbono probablemente constituye menos del 0.50% de la masa de la Tierra. Comprender los límites superiores de la cantidad de carbono que podría contener la Tierra les brinda a los investigadores información sobre cuándo podría haber llegado el carbono aquí.

"Hicimos una pregunta diferente: preguntamos cuánto carbono se podría almacenar en el núcleo de la Tierra y seguir siendo coherentes con todas las limitaciones", dijo Bergin, profesor y Presidente del Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan. "Hay incertidumbre aquí. Aceptemos la incertidumbre para preguntarnos cuáles son los verdaderos límites superiores de cuánto carbono hay muy profundo en la Tierra, y eso nos dirá el verdadero punto en el que nos encontramos".

El carbono de un planeta debe existir en la proporción adecuada para sustentar la vida tal como la conocemos. Demasiado carbono y la atmósfera de la Tierra sería como Venus, atrapando el calor del sol y manteniendo una temperatura de unos 880 grados Fahrenheit. Demasiado poco carbono, y la Tierra se parecería a Marte: un lugar inhóspito incapaz de soportar la vida acuática, con temperaturas de alrededor de -60.

En un segundo estudio realizado por el mismo grupo de autores, pero dirigido por Hirschmann, de la Universidad de Minnesota, los investigadores observaron cómo se procesa el carbono cuando los pequeños precursores de los planetas, conocidos como planetesimales, retienen carbono durante su formación inicial. Al examinar los núcleos metálicos de estos cuerpos, ahora conservados como meteoritos de hierro, encontraron que durante este paso clave de origen planetario, gran parte del carbono debe perderse a medida que los planetesimales se derriten, forman núcleos y pierden gas. Esto cambia el pensamiento anterior, dice Hirschmann.

"El planeta necesita carbono para regular su clima y permitir que exista vida, pero es algo muy delicado", dijo Bergin. "No quieres tener muy poco, pero no quieres tener demasiado".

Bergin dice que los dos estudios describen dos aspectos diferentes de la pérdida de carbono y sugieren que esta parece ser un aspecto central en la construcción de la Tierra como un planeta habitable.

"Responder si existen o no planetas similares a la Tierra en otros lugares solo se puede lograr trabajando en la intersección de disciplinas como la astronomía y la geoquímica", dijo Ciesla, profesor de Ciencias Geofísicas de la U. de C. "Si bien los enfoques y las preguntas específicas que los investigadores trabajan para responder difieren en los campos, construir una historia coherente requiere identificar temas de interés mutuo y encontrar formas de cerrar las brechas intelectuales entre ellos. Hacerlo es un desafío, pero el esfuerzo es tan estimulante como gratificante."

Las fuentes de financiación para esta investigación colaborativa incluyen la Fundación Nacional de Ciencias, el Programa de Investigación de Exoplanetas de la NASA, el Programa de Mundos Emergentes de la NASA y el Programa de Astrobiología de la NASA. Fuente: Universidad de Michigan.