Desentrañando el origen y la composición química de las dunas de Titán

Grandes dunas longitudinales en la superficie de Titán. Crédito: Universidad de Hawai.

Un equipo dirigido por un profesor de química e investigador de la Universidad de Hawái en Manoa ha podido proporcionar respuestas a preguntas clave sobre la superficie de la luna Titán de Saturno. 

El químico físico Ralf I. Kaiser y otros investigadores examinaron datos de teledetección con respecto a la misión Cassini-Huygens de la NASA a Titán, el único cuerpo del sistema solar además de la Tierra con una superficie sólida, lagos y una atmósfera espesa con una presión de aproximadamente 1,5 atmósferas a nivel de la superficie. Las imágenes y datos de Cassini-Huygens expusieron la existencia de vastas dunas longitudinales en la superficie de Titán a través de los desiertos ecuatoriales que alcanzan alturas de hasta 100 metros, cerca del tamaño de las pirámides egipcias de Giza. Mientras que las dunas de la Tierra están hechas de silicatos o la clase más grande de minerales, los estudios de imágenes revelaron que las dunas de Titán contienen compuestos orgánicos oscuros de origen y composición química hasta ahora indeterminados. 

El equipo de UH Manoa, que también consistía en Matthew Abplanalp, ex estudiante de posgrado de química en el Laboratorio de Investigación W.M. Keck de UH en Astroquímica, expuso hielo de acetileno, un químico que se usa en la Tierra en antorchas de soldadura y existe en las regiones ecuatoriales de Titán, a bajas temperaturas de proxies de rayos cósmicos galácticos de alta energía. Los investigadores expusieron una química rápida impulsada por rayos cósmicos que convierte moléculas simples como el acetileno en moléculas orgánicas más complejas como el benceno y el naftaleno, un compuesto que se encuentra en las bolas de naftalina, en la superficie de Titán. Estos procesos también ocurren en el medio interestelar, el espacio entre estrellas, en capas ricas en hidrocarburos de nanopartículas interestelares. Esta investigación "Síntesis a baja temperatura de hidrocarburos aromáticos policíclicos en los hielos superficiales de Titán y en cuerpos sin aire" se publicó en la reciente edición de Science Advances. 

La luna de Saturno Titán. Crédito: Universidad de Hawai.

"Las dunas de Titán representan el sumidero de carbono en la superficie dominante en la química orgánica de Titán", dijo Abplanalp, investigador actual de la División de Armas del Centro de Guerra Aérea Naval en China Lake. "Por lo tanto, desentrañar el origen y las rutas químicas para formar este material orgánico de dunas es vital no solo para comprender la evolución química de Titán, sino también para lo similares que podrían haber sido las químicas en Titán y en la Tierra antes de que surgiera la vida en la Tierra hace 3,5 billones de años." 

"Estos procesos eventualmente proporcionan los bloques de construcción moleculares no solo para las dunas orgánicas de Titán, sino también para los orgánicos en cuerpos sin aire en general, como en los objetos del cinturón de Kuiper como el planeta enano Makemake", destacó Kaiser. 

"La síntesis a baja temperatura de los HAP a partir de los hielos de acetileno representa un cambio fundamental de las percepciones actualmente aceptadas de que la formación de HAP se lleva a cabo únicamente en la fase gaseosa a temperaturas elevadas de unos 1.000 K, como en los procesos de combustión". 

Estos hallazgos tendrán implicaciones sin precedentes para la próxima misión espacial a Titán. La NASA aspira a aterrizar un robot volador, Dragonfly, en la superficie de Titán, el objetivo principal en la búsqueda de vida extraterrestre y sus precursores moleculares. El quadcopter del tamaño de un automóvil, equipado con instrumentos capaces de identificar grandes moléculas orgánicas, está programado para lanzarse en un cohete en 2026, llegar a su destino en 2034 y luego volar a múltiples ubicaciones a cientos de millas de distancia. Dragonfly aterrizará cerca del ecuador de Titán cerca de las dunas orgánicas, proporcionando así una visión in situ de compuestos orgánicos potencialmente biorelevantes en una etapa congelada, yendo audazmente a donde nadie ha ido antes. 

"En general, este estudio avanza nuestra comprensión de los compuestos orgánicos complejos y el procesamiento químico fundamental de moléculas simples en el espacio profundo y proporciona un mecanismo científicamente sólido y comprobado de formación de estructuras aromáticas en ambientes extremos en helados de baja temperatura", concluyó Kaiser. "Dado que Titán es rico en nitrógeno, la incorporación de nitrógeno en estos HAP también puede conducir a restos de carbono-nitrógeno (partes de una molécula) que prevalecen en la bioquímica contemporánea, como en bases de nitrógeno basadas en ADN y ARN". 

Fuente: Universidad de Hawaii en Manoa,