viernes, 15 de agosto de 2014

Buscando tectónica de placas fuera del Sistema Solar

 De momento, la tectónica de placas es una característica única de nuestro planeta. A diferencia de todos los demás cuerpos rocosos de nuestro Sistema Solar, la corteza de la Tierra se divide en aproximadamente una docena de piezas (placas) que se mueven a diferentes velocidades. Cuando dos placas convergen, una placa se hunde debajo de la otra en un proceso llamado subducción, llegando a ser reciclada en el manto y generando en el área afectada vulcanismo, terremotos, y la formación de montañas superficiales.

 La tectónica de placas regula la composición atmosférica de la Tierra a través del ciclo de subducción y desgasificación volcánica. Por ejemplo, la subducción causa el metamorfimo de las rocas del fondo del mar, convirtiendo las rocas calizas en carbonatadas. Y al mismo tiempo, el dióxido de carbono es emitido por los volcanes en los límites de las placas. Probablemente no sea una coincidencia que el único planeta conocido con una tectónica de placas activa, sea el único planeta en el se sabe que hay vida. Por lo tanto, nos gustaría saber si se produce tectónica de placas en los exoplanetas.

En este post vamos a hablar del primer paso en la búsqueda de pruebas de la tectónica de placas, una búsqueda de los restos de corteza continental en dos enanas blancas que han acretado pequeños trozos de planetas rocosos, también conocidos como planetesimales. Aunque estas dos estrellas no arrojan ninguna evidencia de tectónica de placas extrasolar, un estudio más objetivo es sumamente valioso.


Signos reveladores de la tectónica de placas.



Para una aproximación, los planetas rocosos se diferencian químicamente en tres capas distintas. Al principio del proceso de formación planetaria, un núcleo rico en hierro se separa de un manto de silicatos a causa de su mayor densidad. Entonces, con el tiempo, se forma una corteza basáltica a partir de la fusión parcial del manto. El oxígeno y el silicio son los elementos más abundantes en la corteza basáltica, seguidos de calcio y aluminio, como se observa también en Marte, la Luna, y Vesta.

La corteza oceánica terrestre está compuesta por basalto, pero también tenemos la corteza continental, formada por la fusión parcial de la corteza oceánica subducida. La corteza continental es químicamente distinta, ya que está enriquecida de elementos que tienen grandes radios iónicos y que tienen tendencia a abandonar las rocas en fusión parcial. En particular, la corteza continental de la Tierra se ha enriquecido de manera espectacular de estroncio y bario, por factores de ~ 10-100 en relación al calcio. Ningún otro procedimiento conocido puede producir estas elevadas proporciones elementales.

Como la corteza continental es mucho menos densa que la oceánica, tiende a quedarse sobre la superficie. Si un planeta tiene tectónica de placas, una parte importante de su historia geológica permanecería en su capa externa. Desafortunadamente, no vamos a poder enviar una sonda a cualquier exoplaneta en un futuro próximo (ni tan próximo), ni podemos analizar todavía espectralmente las superficies de los planetas rocosos distantes. Sin embargo, utilizando una nueva técnica, podemos buscar los cadáveres de estrellas similares al Sol, es decir, enanas blancas, para encontrar restos de planetas similares al nuestro.


Un piloto de búsqueda de dos enanas blancas

Nuestro Sol terminará su vida como una enana blanca, pero antes se expandirá como una gigante roja y arrojará sus capas externas formando una nebulosa planetaria. Los planetas podrían sobrevivir a esta etapa estelar y permanecer en órbita alrededor de la enana blanca.

 Los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio se hunden rápidamente (en ~ 10.000 años) por debajo de la fotosfera observable de las enanas blancas. Esto es interesante porque significa que la observación de elementos pesados en el espectro de una enana blanca podría significar que un planetesimal rocoso ha sido acretado, o bien, está en proceso de acretación, lo que generaría "la contaminación" de la estrella. Si este proceso no se produce, los astrónomos sólo encontrarían hidrógeno y helio a la hora de estudiar a la enana blanca. Esta técnica ha sido empleada por los científicos para estudiar el espectro de la estrella GD 61, lo que ha dado lugar a la hipótesis de que sobre ella han colisionado asteroides ricos en agua.

Imaginad este escenario: un asteroide impacta contra un planeta que orbita en torno a la enana blanca eyectando parte del material de su corteza hacia el espacio. Posteriormente, debido a la gran fuerza de gravedad de la estrella, esta acreta estos restos que podrían poseer materiales ricos en bario y estroncio, apareciendo en el espectro de la enana blanca.

En la figura de la izquierda se muestra la región del espectro de GD 362 mostrando una línea de absorción del bario. La cantidad de este elemento detectada no es suficiente como para afirmar la existencia de una tectónica de placas en un cuerpo del sistema. Pero los científicos esperan seguir empleando esta técnica para mejorar sus resultados y poder detectar en un futuro, evidencias de una tectónica de placas extrasolar.




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