El Sistema Solar es un lugar empapado.
Aunque la mayor parte de la superficie de la Tierra está cubierta de agua líquida, es una simple gota en el océano en comparación con todo el volumen contenido en el Sistema Solar, gran parte encerrado en forma de hielo en las lunas de los planetas gigantes.
El Sistema Solar exterior está aún más helado. Lejos del calor del Sol, se cree que los millones estimados de objetos helados que forman el Cinturón de Kuiper más allá de Neptuno contienen cantidades absolutas de ese material.
Y ahora, los científicos han encontrado evidencia de que al menos parte de esa agua distante es de un tipo singularmente diferente al agua que tenemos aquí en la Tierra.
En un puñado de granos de polvo que viajaron a la Tierra desde el Cinturón de Kuiper, quedan rastros de agua perdida hace mucho tiempo que lleva la firma de la química primordial, lo que sugiere que el depósito de agua en el borde del Sistema Solar permaneció prístino, al margen de los cambios que se desarrollaban más cerca del Sol.
Según un estudio dirigido por la científica planetaria Lindsay Keller del Centro Espacial Johnson de la NASA, se trata de “evidencia convincente de la presencia de un importante depósito de agua pesada más allá de las órbitas de los planetas gigantes gaseosos que estaba en gran medida aislado de los materiales del interior del sistema solar”.
El Cinturón de Kuiper, más allá de la órbita de Neptuno, a aproximadamente 30 unidades astronómicas del Sol (30 veces la distancia Tierra-Sol), representa una frontera algo desafiante del Sistema Solar.
Muy pocas naves construidas por el hombre se han aventurado en sus fríos y oscuros confines.
Se necesitan años para llegar allí; Aterrizar una sonda o recolectar muestras para enviarlas a la Tierra sería tan astronómicamente difícil y costoso que, al menos hasta ahora, está completamente descartado.
Esto es una especie de lástima, porque se cree que los trozos de hielo y roca que cuelgan en el Cinturón de Kuiper se encuentran entre los restos menos modificados del Sistema Solar primitivo, ya que todo se fusionó a partir de polvo y gas amniótico solar hace unos 4.500 millones de años.
Pero, por suerte para nosotros, no todo lo que hay en el cinturón de Kuiper se queda ahí.
No podemos verlo, pero el Sistema Solar está lleno de polvo cósmico. Se estima que cada año llueven sobre la Tierra 5.200 toneladas métricas de este material. Y parte de ese polvo ha recorrido un largo, largo camino para llegar hasta aquí.
Keller y sus colegas encontraron 12 de esos granos, cada uno de los cuales medía entre 10 y 30 micrómetros de ancho, en materiales recolectados de la estratosfera por aviones de gran altitud de la NASA.
Ah, pero esto plantea una pregunta interesante e importante: ¿cómo se puede saber que una mota de polvo a escala micrométrica extraída de la estratosfera de la Tierra llegó desde más allá de la órbita de Neptuno?
En el Sistema Solar, todo se trata de cicatrices de viajes. En el espacio interplanetario, no existe protección atmosférica contra la poderosa radiación que fluye desde el Sol, y las partículas energéticas solares no dejan ileso el polvo expuesto.
Al pasar a través de una mota de polvo, las partículas energéticas solares pueden desviar ligeramente los átomos de sus estructuras de red cristalina, dejando un rastro revelador a su paso, un poco como una partícula cargada que deja un rastro en el vapor en una cámara de niebla, aunque los mecanismos son diferentes.
Cuantos más rastros de este tipo haya acumulado un mineral, más tiempo habrá pasado a la deriva en el espacio interplanetario. Y es bastante confiable. El polvo que orbita alrededor del Sol experimenta algo llamado efecto Poynting-Robertson: un arrastre muy leve ejercido por la luz solar, que hace que los granos pierdan energía gradualmente y giren en espiral hacia el Sol.
Así, los científicos pueden contar las trayectorias de radiación y determinar si un grano ha pasado suficiente tiempo en el espacio para haber viajado desde los confines más lejanos del Sistema Solar.
Los granos identificados por Keller y su equipo tenían densidades de huellas aproximadamente 100 veces mayores de lo esperado para el polvo del cinturón de asteroides o los cometas de la familia de Júpiter, lo que coincide con un origen mucho más lejano, tan lejano como el Cinturón de Kuiper.
La composición mineral de los granos ofrece otra pista y, como descubrieron los investigadores, guarda el secreto del agua antigua que encontraron.
Los granos eran extraordinariamente ricos en carbono y contenían alrededor de cuatro veces más que ciertos meteoritos carbonosos, otra indicación de que se formaron en condiciones diferentes, lejos del Sol.
Pero había algo más en los granos que proporcionaba una pista particularmente tentadora sobre su historia: la arcilla.
Muchos de los granos contenían arcillas como saponita y serpentina, así como otros minerales hidratados que se forman cuando el agua reacciona químicamente con otros minerales, alterando su composición.
Esto significa que, en algún momento del pasado lejano, debió existir agua líquida dentro de los cuerpos originales de los que se originaron los granos de polvo.
Aunque el Cinturón de Kuiper hoy está congelado, la desintegración radiactiva o el calor generado por las colisiones podrían haber calentado el interior de algunos de sus objetos helados lo suficiente como para derretir el agua, permitiéndole reaccionar con la roca circundante.
Esa agua desapareció hace mucho tiempo, pero los minerales de los 12 granos retuvieron parte del oxígeno que alguna vez formó parte de sus moléculas. Y ahí es donde las cosas se pusieron muy no-de-aquí.
El oxígeno se presenta en varias variedades, llamadas isótopos, que se diferencian en el número de neutrones en sus núcleos atómicos. El más común con diferencia es el oxígeno-16, con ocho protones y ocho neutrones. Pero también hay dos isótopos estables más pesados que se encuentran naturalmente: el oxígeno-17, con ocho protones y nueve neutrones, y el oxígeno-18, con ocho protones y diez neutrones.
Las proporciones relativas de estos isótopos pueden variar dependiendo de dónde y cómo se formó un material, dejando una especie de huella química de su historia.
Cuando Keller y sus colegas midieron los isótopos de oxígeno en los granos de polvo, encontraron un enriquecimiento inusual en las variedades más pesadas.
Al reconstruir las reacciones químicas que formaron los minerales hidratados, los investigadores pudieron estimar la composición isotópica del agua responsable.
Descubrieron que los minerales heredaban los isótopos de oxígeno más pesados del agua que debía haber sido inusualmente rica en ellos, preservando la firma de un antiguo depósito que existió en el Sistema Solar exterior hace miles de millones de años.
La firma isotópica era claramente diferente de la del agua inferida de meteoritos carbonosos, que se formaron en otras regiones del Sistema Solar temprano.
Esto sugiere que el agua en el lejano Cinturón de Kuiper pertenecía a un depósito separado que había permanecido en gran medida aislado de la mezcla y los cambios químicos que tenían lugar más cerca del Sol.
Y los investigadores tienen una idea de lo que podría haberlo mantenido así: los planetas gigantes.
Ahora asientes para ti mismo y piensas, sí, eso suena como Júpiter. Pero esta vez, es Saturno el que actúa como portero, evitando que el agua primordial del Sistema Solar exterior cruce hacia el Sistema Solar interior.
Los modelos del Sistema Solar temprano sugieren que Saturno podría haber creado un aumento de presión en el disco de gas y polvo que rodea al joven Sol, desacelerando o incluso impidiendo que el material se desplace hacia adentro.
Por lo tanto, junto con los gigantes de hielo, Saturno pudo haber ayudado a preservar una reserva de agua con una firma isotópica distinta del material que circula más cerca del Sol.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que tal depósito de agua pesada rica en oxígeno existía en el Sistema Solar temprano, pero ha sido notablemente difícil encontrar pruebas de ello.
La mayoría de los meteoritos disponibles para el estudio provienen de regiones donde la mezcla extensa y la alteración química han oscurecido las firmas isotópicas originales.
Pero es posible que esta evidencia haya estado flotando ante nuestras narices todo este tiempo.
Doce granos pueden no parecer mucho… hasta que consideras qué distancia deben haber viajado y cómo fueron recolectados. En un artículo de 2022, Keller y el coautor George Flynn, de la Universidad Estatal de Nueva York, estimaron que hasta una cuarta parte del polvo interplanetario que ingresa al Sistema Solar interior puede haber viajado desde el Cinturón de Kuiper.
En algún lugar de la constante lluvia de polvo cósmico que cae sobre la Tierra pueden encontrarse innumerables fragmentos de la historia más temprana del Sistema Solar, marcados por el viaje y portadores de secretos que han sobrevivido miles de millones de años para terminar en el canalón del tejado.
La investigación ha sido publicada en Science Advances.