Los gases de azufre juegan un papel prominente en la fotoquímica de las atmósferas de los exoplanetas


En un nuevo estudio publicado en la revista Nature Astronomy, un equipo de investigadores planetarios de los Estados Unidos y Francia estudió el mecanismo fotoquímico del ácido sulfhídrico (H2S) en las atmósferas cálidas ricas en dióxido de carbono de los exoplanetas.

El ácido sulfhídrico (H2S) es un gas inflamable, incoloro, de olor característico a huevos podridos, perceptible en contenidos muy bajos. Este olor proviene de H2S generado por descomposición bacteriana de proteínas que contienen azufre.​ Se lo conoce comúnmente como ácido hidrosulfúrico o gas de alcantarilla.

"Descubrimos que solo una pequeña presencia de azufre en la atmósfera, menos del 2%, puede tener un gran impacto en qué, y cuántas, partículas de calina se forman", dijo el Dr. Chao He, primer autor del estudio y científico asistente de investigación en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad Johns Hopkins.

"Esto cambia por completo lo que los científicos deben buscar y esperar cuando examinan atmósferas en planetas más allá de nuestro Sistema Solar".

La calima, también conocida como calina, es un fenómeno meteorológico consistente en la presencia en la atmósfera de partículas muy pequeñas de polvo, cenizas, arcilla o arena en suspensión. Su origen está en las partículas de vapor de agua con partículas de sales procedentes de las aguas marinas​ y, en muchos casos, por el humo y cenizas de los incendios.

Si bien los científicos planetarios ya saben que los gases de azufre influyen en la fotoquímica de muchos planetas dentro del Sistema Solar, como la Tierra, Venus y Júpiter, no se sabe mucho sobre el papel que desempeña el azufre en las atmósferas de los exoplanetas.

Debido a su papel como elemento esencial para la vida en la Tierra, emitido por plantas y bacterias, y encontrado en varios aminoácidos y enzimas, los científicos proponen usar elementos químicos de azufre para buscar vida más allá de la Tierra.

"Comprender si existe azufre y cómo afecta a estas atmósferas puede ayudar a los científicos a determinar si los gases de azufre podrían usarse como fuente de origen para la vida", dijo el Dr. He.

El estudio
El Dr. He y sus colegas de investigación realizaron dos series de experimentos utilizando dióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrógeno, hidrógeno, agua y helio como guía inicial para la mezcla de gases.

Un experimento incluyó 1,6% de azufre en la mezcla y el otro no. Los investigadores realizaron los experimentos de simulación en una cámara de calina planetaria especialmente diseñada para los experimentos.

Una vez en la cámara de calina, expusieron las mezclas de gases a una de las siguientes dos fuentes de energía: plasma desde una descarga luminosa de corriente alterna o luz desde una lámpara ultravioleta.

El plasma, una fuente de energía más fuerte que la luz ultravioleta, puede simular actividades eléctricas como rayos y partículas energéticas, y la luz ultravioleta es el principal impulsor de las reacciones químicas en las atmósferas planetarias como las atmósferas de la Tierra, Saturno y Plutón.

Después de analizar las partículas sólidas y los productos de gas formados, el equipo descubrió que la mezcla con azufre tenía tres veces más partículas de calina, o partículas sólidas suspendidas en el gas.

La mayoría de estas partículas eran productos orgánicos de azufre en lugar de ácido sulfúrico u octaazufre, químicos que los investigadores creían anteriormente que constituirían la mayoría de las partículas de azufre en los exoplanetas.

"Esta nueva información significa que si estás tratando de observar la atmósfera de un exoplaneta y analizar sus espectros, cuando anteriormente pensabas ver otros productos, ahora puedes esperar ver estos productos de azufre orgánico", dijo el Dr. He.

"O, al menos, debes saber que no sería algo inusual que estos químicos estuvieran allí. Esto cambiaría la explicación e interpretación de los investigadores sobre los espectros que ven".

De manera similar, este descubrimiento debería indicar a los investigadores que deben esperar más partículas de calina si observan las atmósferas de exoplanetas con azufre, ya que solo un poco de azufre aumenta la tasa de producción de calina en tres.

Nuevamente, esto cambiaría la forma en que los científicos interpretan sus hallazgos y podría ser crítico para las observaciones futuras de los exoplanetas.

"La última implicación importante de nuestros hallazgos es que impulsan una mayor conciencia de que muchos productos de azufre se pueden producir en el laboratorio, sin la presencia de vida, por lo que los científicos deben tener precaución y descartar el azufre producido fotoquímicamente antes de sugerir la presencia de azufre como un signo de vida", dijo el Dr. He.

Referencia del documento científico:
C. He et al. Formación de calina impulsada por azufre en atmósferas cálidas de exoplanetas ricas en CO2. Nature Astronomy, publicado en línea el 6 de abril de 2020; doi: 10.1038 / s41550-020-1072-9

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