La luna Europa de Júpiter es uno de los pocos mundos de nuestro Sistema Solar que potencialmente podría albergar condiciones adecuadas para la vida. Investigaciones anteriores han demostrado que debajo de su corteza de hielo de agua se encuentra un océano salado de agua líquida con un fondo marino rocoso. Sin embargo, los científicos planetarios no habían confirmado si ese océano contenía o no los productos químicos necesarios para la vida, particularmente el carbono.
Este gráfico muestra un mapa de la superficie de Europa con NIRCam (Cámara de Infrarrojo Cercano) en el primer panel y mapas de composición derivados de datos NIRSpec/IFU (Unidad de Campo Integral del Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano) en los tres paneles siguientes. En los mapas de composición, los píxeles blancos corresponden al dióxido de carbono en la región de gran escala de terreno caótico perturbado conocida como Tara Regio (centro y derecha), con concentraciones adicionales dentro de partes de la región caótica de Powys Regio (izquierda). El segundo y tercer panel muestran evidencia de dióxido de carbono cristalino, mientras que el cuarto panel indica una forma compleja y amorfa de dióxido de carbono.
Los astrónomos que utilizan datos del Telescopio Espacial James Webb de la NASA / ESA / CSA han identificado dióxido de carbono en una región específica en la superficie helada de Europa. El análisis indica que este carbono probablemente se originó en el océano subsuperficial y no fue entregado por meteoritos u otras fuentes externas. Además, se depositó en una escala de tiempo geológicamente reciente. Este descubrimiento tiene implicaciones importantes para la habitabilidad potencial del océano de Europa.
“En la Tierra, a la vida le gusta la diversidad química: cuanta más diversidad, mejor. Somos vida basada en el carbono. Comprender la química del océano de Europa nos ayudará a determinar si es hostil a la vida tal como la conocemos, o si podría ser un buen lugar para la vida”, dijo Gerónimo Villanueva, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, autor principal de uno de los dos artículos independientes que describen los hallazgos.
“Ahora creemos que tenemos evidencia observacional de que el carbono que vemos en la superficie de Europa proviene del océano. Eso no es algo trivial. El carbono es un elemento biológicamente esencial”, agregó Samantha Trumbo de la Universidad de Cornell en Ithaca, Nueva York, autora principal del segundo artículo que analiza estos datos.
Una conexión superficie-océano
Webb encuentra que en la superficie de Europa, el dióxido de carbono es más abundante en una región llamada Tara Regio, un área geológicamente joven de terreno generalmente repavimentado conocido como “terreno del caos”. El hielo superficial se ha interrumpido, y es probable que haya habido un intercambio de material entre el océano subsuperficial y la superficie helada.
“Observaciones anteriores del Telescopio Espacial Hubble muestran evidencia de sal derivada del océano en Tara Regio”, explicó Trumbo. “Ahora estamos viendo que el dióxido de carbono también está muy concentrado allí. Creemos que esto implica que el carbono probablemente tiene su origen final en el océano interno”.
“Los científicos están debatiendo hasta qué punto el océano de Europa se conecta a su superficie. Creo que esa pregunta ha sido un gran impulsor de la exploración de Europa”, dijo Villanueva. “Esto sugiere que podemos aprender algunas cosas básicas sobre la composición del océano incluso antes de perforar el hielo para obtener una imagen completa”.
Ambos equipos identificaron el dióxido de carbono utilizando datos de la unidad de campo integral del Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano de Webb (NIRSpec). Este modo de instrumento proporciona espectros con una resolución de 320 x 320 km sobre un campo de visión de 3128 km de diámetro en la superficie de Europa, lo que permite a los astrónomos determinar dónde se encuentran sustancias químicas específicas.
El dióxido de carbono no es estable en la superficie de Europa. Por lo tanto, los científicos dicen que es probable que se haya suministrado en una escala de tiempo geológicamente reciente, una conclusión reforzada por su concentración en una región de terreno joven.
“Estas observaciones solo tomaron unos minutos del tiempo del observatorio”, dijo Heidi Hammel, de la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, una científica interdisciplinaria de Webb que lidera las observaciones de tiempo garantizado del Sistema Solar del Ciclo 1 de Webb. “Incluso en este corto período de tiempo, pudimos hacer ciencia realmente grande. Este trabajo da un primer indicio de toda la increíble ciencia del Sistema Solar que podremos hacer con Webb”.
En busca de un penacho
El equipo de Villanueva también buscó evidencia de una columna de vapor de agua en erupción desde la superficie de Europa. Los investigadores que utilizan el Telescopio Espacial Hubble de la NASA / ESA informaron detecciones tentativas de penachos en 2013, 2016 y 2017. Sin embargo, encontrar pruebas definitivas ha sido difícil.
Los nuevos datos de Webb no muestran evidencia de actividad de penacho, lo que permitió al equipo de Villanueva establecer un límite superior estricto en la velocidad a la que potencialmente se expulsa el material. El equipo enfatizó, sin embargo, que su no detección no descarta una pluma.
“Siempre existe la posibilidad de que estas plumas sean variables y que solo se puedan ver en ciertos momentos. Todo lo que podemos decir con 100% de confianza es que no detectamos una pluma en Europa cuando hicimos estas observaciones con Webb”, dijo Hammel.
Estos hallazgos pueden ayudar a informar a la misión Europa Clipper de la NASA, así como al Jupiter Icy Moons Explorer de la ESA, Juice, que se lanzó el 14 de abril de 2023. Juice hará observaciones detalladas del planeta gaseoso gigante y sus tres grandes lunas oceánicas: Ganímedes, Calisto y Europa, con un conjunto de instrumentos de teledetección, geofísicos e in situ. La misión caracterizará estas lunas como objetos planetarios y posibles hábitats, explorará el complejo entorno de Júpiter en profundidad y estudiará el sistema más amplio de Júpiter como un arquetipo para los gigantes gaseosos en todo el Universo.
“Este es un gran primer resultado de lo que Webb aportará al estudio de las lunas de Júpiter”, dijo el coautor Guillaume Cruz-Mermy, anteriormente de la Universidad Paris-Saclay y actual investigador de la ESA en el Centro Europeo de Astronomía Espacial de la Agencia. “Estoy ansioso por ver qué más podemos aprender sobre sus propiedades superficiales a partir de estas y futuras observaciones”.
“Los resultados refuerzan la importancia de la misión Juice”, continúa Guillaume. “Con su instrumento MAJIS, Juice permitirá observar la misma superficie en el mismo rango de longitudes de onda, pero a una resolución espacial mucho mayor y durante un período de tiempo más largo, y por lo tanto limitará aún más la condición de habitabilidad de Europa”.
Los dos artículos asociados con esta investigación se publicarán en Science el 21 de septiembre de 2023.
Crédito: NASA, ESA, CSA, G. Villanueva (NASA/GSFC), S. Trumbo (Cornell Univ.), A. Pagan (STScI)
Referencia: https://webb.nasa.gov/
