Los científicos de la Universidad de Cornell están construyendo una biblioteca de espectros de basalto para estudiar la composición de exoplanetas y detectar posibles evidencias de agua. Utilizando datos de JWST y simulaciones basadas en el exoplaneta LHS 3844b, analizaron firmas espectrales para distinguir diferentes tipos de rocas. Sus hallazgos podrían mejorar la comprensión de las superficies y la habitabilidad de los exoplanetas.
Los investigadores están utilizando espectroscopia de basalto para estudiar exoplanetas y utilizando el telescopio espacial James Webb para buscar agua. Al estudiar los procesos químicos en el manto caliente de la Tierra, los científicos de la Universidad de Cornell están construyendo una biblioteca basada en las firmas espectrales del basalto. Esta investigación tiene como objetivo determinar la composición de los exoplanetas y proporcionar evidencia de agua en estos exoplanetas.
El profesor de ingeniería Esteban Gazel dijo: "Cuando el manto de la Tierra se derrite, produce basalto. El basalto es una roca volcánica de color negro grisáceo que se encuentra en todo el sistema solar y es un importante registrador de la historia geológica. Cuando el manto de Marte se derrite, también produce basalto. La luna es principalmente basalto", dijo. "Estamos probando materiales basálticos en la Tierra para, en última instancia, dilucidar la composición de los exoplanetas utilizando datos del Telescopio Espacial James Webb".
Gazel y Emily First, ex investigadora postdoctoral en la Universidad de Cornell y ahora profesora asistente en Macalester College en Minnesota, son los autores de un estudio publicado recientemente en Nature Astronomy.
Gazel dijo que comprender cómo los minerales registran los procesos que formaron estas rocas, y cuáles son sus firmas espectrales, es el primer paso para desarrollar una biblioteca de ellos: "Sabemos que la mayoría de los exoplanetas producen basaltos porque la metalicidad de sus estrellas anfitrionas conduce a minerales del manto (silicatos de hierro y magnesio) de modo que cuando se derriten, el equilibrio de fase (el equilibrio entre dos estados de la materia) predice que la lava resultante será basalto. No solo prevalecerá en nuestro sistema solar, sino en todo el Vía Láctea."
Primero, se midió la emisividad de 15 muestras de basalto, que se refiere al grado en que una superficie irradia la energía encontrada, lo que puede ayudar a buscar firmas espectrales que el espectrómetro de infrarrojo medio del telescopio espacial podría detectar.
Una vez que el basalto derretido entra en erupción en un exoplaneta y se enfría, el basalto se endurece hasta convertirse en una roca sólida, conocida como lava en la Tierra. Si hay agua presente, la roca interactuará con ella para formar nuevos minerales hidratados, que se detectan fácilmente en espectros infrarrojos. Estos minerales alterados pueden convertirse en anfíbol (un silicato hidratado) o serpentina (otro silicato hidratado que parece piel de serpiente).
Al estudiar pequeñas diferencias espectrales entre muestras de basalto, los científicos podrían teóricamente determinar si los exoplanetas alguna vez tuvieron flujo de agua en la superficie o en el interior, dijo Gazelle.
La evidencia de agua no sería evidente de inmediato y se necesitaría más trabajo antes de que se pudiera adoptar este método de detección. El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está a aproximadamente 1 millón de millas de la Tierra, y se necesitan decenas o cientos de horas para enfocar un sistema a un año luz de distancia, y luego aún más tiempo para analizar los datos.
El equipo de investigación utilizó datos del exoplaneta superTierra LHS 3844b cuando buscaba un exoplaneta rocoso para simular su hipótesis y considerar 15 características diferentes.
Ishan Mishra, que trabaja en el laboratorio de Nikole Lewis, profesor asociado de astronomía, escribió un código de computadora para modelar los datos espectrales de First para simular cómo se comportarían diferentes superficies de exoplanetas en JWST.
Lewis dijo que las herramientas de modelado estaban originalmente destinadas a otras aplicaciones. "Las herramientas de codificación de Ishan se desarrollaron originalmente para estudiar las lunas heladas del sistema solar", dijo. "Ahora finalmente estamos trasladando lo que hemos aprendido en el sistema solar a exoplanetas".
"Nuestro objetivo no era evaluar LHS 3844b específicamente", dijo First, "sino considerar una gama razonable de exoplanetas basálticos que JWST y otros observatorios podrían observar en los próximos años".
Cuando se trata de exoplanetas, la exploración de superficies rocosas se ha limitado principalmente a puntos de datos únicos (solo se ha encontrado evidencia de tipos químicos en la literatura científica), pero eso está cambiando a múltiples componentes a medida que los observadores aprovechan el JWST, dijeron los investigadores.
Al tratar de encontrar características relacionadas con la mineralogía y la composición química de la masa (por ejemplo, cuánto silicio, aluminio y magnesio hay en la roca), los geólogos pueden aprender más sobre las condiciones bajo las cuales se formó la roca, dijeron los geólogos.
"En la Tierra, si tienes basaltos en erupción desde el fondo del océano en las profundidades de las dorsales oceánicas, y esos basaltos están en erupción en islas oceánicas como Hawaii, encontrarás algunas diferencias en la química general de esas rocas", dijo First. "Pero incluso las rocas a granel con composiciones químicas similares pueden contener diferentes minerales, por lo que esas son características importantes para estudiar".
Compilado de /ScitechDaily