Lluvia de rocas lo pintan de negro

• Título: Darkening of Mercury’s surface by cometary carbon
• Autores: Megan Bruck Syal, Peter H. Schultz, Miriam A. Riner
• Institución del autor principal:Lawrence Livermore National Laboratory
• Estatus de la publicación: Publicado en Nature Geoscience
• Astrobite en Inglés: Falling stones paint it black

¿Cuál es el dilema?

El astrobito de hoy presenta una explicación a un fenómeno presente en el pequeño y más cercano planeta a nuestro Sol, Mercurio. Hasta ahora los astrónomos no ha estado satisfechos con la explicación sobre la oscura (aún más oscura que la luna) superficie de Mercurio. En teoría, el hierro es la causa más común del oscurecimiento de cuerpos sin atmósfera. El problema con Mercurio es el siguiente: la superficie de Mercurio contiene menos hierro que la de la Luna. Así que tiene que haber otro material que no es el hierro que este “coloreando” de negro la superficie de Mercurio.

Tiro al blanco y apostando en Monte Carlo por la ciencia.

Figura 1: Las curvas muestran la reflectividad de dos materiales parecidos al de la superficie lunar después del impacto. La curva roja muestra material inorgánico y la azul mezcla con material orgánico (azucares). El impacto ocasiona la producción de carbono en el material orgánico, lo cual resulta en una menor reflectancia.

Los  autores de este artículo proponen que es el carbón, y no el hierro, que está oscureciendo más la superficie de Mercurio. Sobre esto se llevan acabo experimentos en las instalaciones  de la NASA en el Centro de Investigación Ames en California. El experimento consiste en disparar proyectiles dirigidos a mezclas de materiales orgánicos e inorgánicos parecidos a los de la Luna. Cuando los proyectiles son disparados en los materiales orgánicos, el calor producido en el impacto favorece la formación de carbono. Como se puede ver en la figura 1 (figura 3 en el artículo) la reflectividad de la luz de la superficie es significativamente menor cuando el carbono esta presente, y los valores obtenidos son consistentes con las áreas oscuras de Mercurio.

A estas alturas pudiera saltarte la duda de porque se esperaría que hubiera más carbono en Mercurio que en la Luna. Esto lo explican los autores basándose en estas dos afirmaciones:

1. La composición de los cometas es de aproximadamente 18% de carbono.
2. El número de impactos de cometas por unidad de área aumenta, aproximadamente, con la disminución de la distancia al Sol.

Considerando que suficiente del material que impacta a Mercurio permanece en su superficie, los autores sugieren que un mayor número de impactos de meteoritos en Mercurio es el responsable de la mayor concentración de Carbono presente en Mercurio comparado con la Luna. Para el análisis los autores asumieron pequeños meteoritos (micrometeoritos) esféricos de tamaño constante (0.25 cm) y también con velocidad constante de 20 km/s. Pudieras objetar que esta es una simplificación muy drástica ya que los meteoritos tienen diferentes tamaños y pueden alcanzar velocidades mayores. Los autores no ignoran ese hecho, pero si argumentan que objetos de mayor tamaño irían a mayor velocidad y no podrían ser capturados por el campo gravitacional de Mercurio. Esto significaría que los impactos de los objetos de mayor tamaño podrían ser ignorados y los micrometeoritos son los objetos más importantes a considerar cuando se estudian los impactos a la superficie de Mercurio.

Figura 2: La gráfica muestra la distribución de probabilidad (en negro), la cantidad de masa que se queda en la superficie de Mercurio por el impacto (curva y puntos azules), y la cantidad de masa que se asienta en la Luna (en rojo) en función del ángulo de impacto con respecto al eje horizontal. Los diamantes azules representan el resultado obtenido usando partículas trazadoras.

Los autores probaron esta idea aplicando el método de Montecarlo. Computaron el porcentaje de meteoritos “atrapados” por la Luna y Mercurio a diferentes ángulos de impacto. En la figura 2 de este astrobites (la figura 1 en el articulo) se puede leer la fracción de material que se asienta en la superficie de Mercurio en función del ángulo de impacto. Los resultados de su algoritmo para 30 grados y ángulos de impacto mayores concuerdan con los resultados  usando técnicas de Velocimetría de Imágenes de Partículas (PIV por sus siglas en inglés).

Conclusión

Suficiente material de los impactos es retenido en la superficie de Mercurio (83% para Mercurio y 63% para la Luna), además los autores concluyen que aproximadamente la cantidad de micrometeoritos ricos en carbono que impactan la superficie de Mercurio es 50 veces mayor a la cantidad que impactan en la Luna. Considerando esto y los resultados de los experimentos de que el carbono ocasiona un oscurecimiento de la superficie, no es descabellada la conclusión de que los impactos de micrometeoritos sean los responsables del oscurecimiento de Mercurio.

Créditos de la imagen de Mercurio: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington. Version Editada de la Imagen:Mercury in color – Prockter07.jpg by Papa Lima Whiskey. (NASA/JPL [1]) [Public domain], via Wikimedia Commons