Una medición de los isótopos de azufre detectados en la atmósfera de Io determina que esta luna es volcánicamente activa hace miles de millones de años, debido a su configuración respecto a Júpiter.

Io es el lugar con mayor actividad volcánica del sistema solar. Durante su órbita de 1,8 días, esta luna es comprimida gravitacionalmente por Júpiter, lo que provoca erupciones volcánicas más grandes que cualquier otra en la Tierra en la actualidad.

Io, Europa y Ganímedes están en una configuración orbital conocida como resonancia de Laplace: por cada órbita de Ganímedes (la más alejada de las tres de Júpiter), Europa completa exactamente dos órbitas e Io completa exactamente cuatro. En esta configuración, las lunas se atraen gravitacionalmente entre sí de tal manera que se ven obligadas a adoptar órbitas elípticas, en lugar de redondas. Estas órbitas permiten que la gravedad de Júpiter caliente el interior de las lunas, provocando el vulcanismo de Io y añadiendo calor al océano líquido subterráneo de la helada Europa.

¿Cuánto tiempo lleva Io experimentando agitación volcánica? En otras palabras, ¿cuánto tiempo llevan las lunas de Júpiter en esta configuración?

Dos nuevos estudios de investigadores de Caltech miden los isótopos de azufre dentro de la atmósfera de Ío y determinan que las lunas han estado atrapadas en esta danza resonante durante miles de millones de años. El océano líquido de Europa se ha considerado durante mucho tiempo un lugar potencial para que evolucione la vida, y comprender exactamente cuánto tiempo han estado así las órbitas de estas lunas es crucial para caracterizar su habitabilidad a largo plazo. Los artículos aparecen en las revistas Science y JGR-Planets.

En la Tierra podemos encontrar huellas de eventos pasados a través de fósiles y cráteres. Ío, sin embargo, está en constante transformación, por lo que su superficie tiene sólo alrededor de un millón de años, mientras que la luna misma tiene alrededor de 4.500 millones de años. Para comprender cuánto tiempo lleva esta luna joviana experimentando vulcanismo, los investigadores examinaron las sustancias químicas en su atmósfera.

Io no tiene agua, por lo que el componente principal de los gases que arrojan sus volcanes es azufre, lo que da lugar a una atmósfera compuesta en un 90 por ciento de dióxido de azufre. Durante los ciclos volcánicos dinámicos de Ío, los gases cercanos a la superficie quedan sumergidos nuevamente en el interior y son regurgitados nuevamente a la atmósfera.

Los átomos de azufre en Io tienen algunas formas diferentes o isótopos. Los isótopos son variantes de un elemento determinado con diferente número de neutrones. Por ejemplo, tanto el azufre-32 como el azufre-34 tienen el mismo número de protones (16), pero el primero tiene 16 neutrones y el segundo tiene 18. Los neutrones adicionales hacen que un elemento sea físicamente más pesado, por lo que en la atmósfera de Io, los isótopos más ligeros Es más probable que estén ubicados en la parte superior, mientras que es más probable que los isótopos más pesados estén en la parte inferior, cerca de la superficie de la Luna.

La superficie no es la única característica en constante cambio en Io: su atmósfera también está siendo desviada hacia el espacio a una velocidad de 1 tonelada por segundo debido a colisiones con partículas cargadas en el campo magnético de Júpiter. Como isótopo de azufre más ligero, el azufre-32, es más abundante cerca de la parte superior de la atmósfera donde ocurren estas colisiones, ese isótopo se agota desproporcionadamente en comparación con su contraparte más pesado. Comprender cuánto azufre ligero falta puede dar pistas sobre cuánto tiempo ha sido volcánica la luna.

Para ello, los investigadores utilizaron el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile, un telescopio que a su vez está rodeado de volcanes, para medir los isótopos de azufre en Ío.

A partir de meteoritos, que son restos del sistema solar primitivo, los investigadores han determinado que el sistema solar se formó con una proporción de aproximadamente 23 átomos de azufre-32 por cada átomo de azufre-34. Si Io no hubiera cambiado desde su formación, hoy tendría la misma proporción. Sin embargo, el nuevo estudio mostró que Ío ha perdido entre el 94 y el 99 por ciento de su azufre original, y eso significa que la luna ha estado volcánicamente activa durante miles de millones de años mientras perdía azufre en el espacio todo el tiempo.

La duración del vulcanismo de Ío indica que quedó atrapado en una resonancia orbital con Europa y Ganímedes muy poco después de la formación de las lunas. Esto respalda las predicciones de los modelos de los últimos 20 años que muestran que estas lunas galileanas (Io, Europa, Ganímedes) deberían entrar en esta resonancia muy pronto después de su formación.

“El sistema joviano es sólo uno de los muchos ejemplos de lunas, e incluso exoplanetas, que ocurren en este tipo de resonancias”, dice en un comunicado Katherine de Kleer, profesora asistente de ciencia planetaria y astronomía, Hufstedler Family Scholar y primera autora del artículo de Science. “El calentamiento de las mareas causado por tales resonancias es una importante fuente de calor para las lunas y puede impulsar su actividad geológica. Io es el ejemplo más extremo de esto, por lo que lo utilizamos como laboratorio para comprender el calentamiento de las mareas en general”.

Más volcánico incluso en el pasado

En el artículo de JGR-Planets, dirigido por el ex becario postdoctoral de Caltech Ery Hughes, el equipo realizó un modelado sofisticado del sistema de azufre de Ío para explorar escenarios potenciales para la historia de la luna, incluidos algunos en los que Ío fue incluso más volcánicamente activo en el pasado de lo que es hoy.

“Debido a que falta mucho azufre ligero, la atmósfera que medimos hoy es relativamente ‘pesada’ en términos de azufre. La clave para lograr ese azufre pesado en la atmósfera de Io es el proceso de enterrar el azufre pesado nuevamente en el interior de Io, de modo que pueden ser liberados por los volcanes una y otra vez”, dice Hughes, ahora geoquímico de fluidos volcánicos en GNS Science en Nueva Zelanda. “Nuestro modelo muestra que el azufre queda atrapado en la corteza de Ío mediante reacciones entre las heladas ricas en azufre, que se depositan desde la atmósfera y el propio magma, lo que permite que finalmente quede enterrado en el interior de Ío”.

El próximo objetivo de los investigadores es descubrir qué otros gases puede haber perdido Io a lo largo de su larga historia dinámica. Por ejemplo, mientras que Io parece no contener agua, las otras lunas galileanas tienen mucha. ¿Io alguna vez tuvo agua en su interior y posteriormente la perdió debido al vulcanismo?

Fuente: europapress.es