Utilizzando il Telescopio Spaziale James Webb (JWST), gli astronomi hanno individuato anidride carbonica e perossido di idrogeno sulla superficie ghiacciata della luna più grande di Plutone, Caronte. La rilevazione di queste molecole potrebbe fornire agli scienziati informazioni su come Caronte e altri corpi ghiacciati ai confini del sistema solare sono stati formati. Dalla sua scoperta nel 1978, Caronte è stato oggetto di ampi studi, ma la ricerca precedente era limitata riguardo alle lunghezze d’onda della luce che potevano essere analizzate. Questo ha lasciato alcune lacune nella nostra comprensione della composizione superficiale di questa luna di Plutone. Di conseguenza, sebbene gli scienziati abbiano trovato ghiaccio d’acqua, specie contenenti ammoniaca e composti organici su Caronte, anidride carbonica e perossido di idrogeno erano sfuggiti alla rilevazione. Fino ad ora, naturalmente.

Il team, guidato da Silvia Protopapa del Southwest Research Institute (SwRI), ha colmato queste lacune studiando Caronte con lo strumento NIRSpec del JWST. “La nostra ricerca mostra che la superficie di Caronte conserva prove della sua formazione attraverso la presenza di anidride carbonica, così come segni di processi di irraggiamento, indicati dalla presenza di perossido di idrogeno,” ha dichiarato Protopapa a Space.com. “Queste scoperte ampliano l’inventario compositivo noto di Caronte, che include ghiaccio d’acqua, specie contenenti ammoniaca e materiali organici responsabili della sua colorazione grigia e rossa.”

Un grafico mostra il segnale luminoso di Caronte che indica la rilevazione di perossido di idrogeno e anidride carbonica. (Crediti immagine: Silvia Protopapa (SwRI), Ian Wong (STScl)) Caronte è un corpo di dimensioni medie di circa 1.207 chilometri di diametro, situato nella Fascia di Kuiper, un anello di detriti ghiacciati, comete e pianeti nani, noto anche come oggetti transnettuniani (TNO), ai confini del sistema solare.

A differenza di molti degli oggetti più grandi nella Fascia di Kuiper, la superficie di Caronte non è oscurata da ghiacci volatili come il metano, il che significa che offre agli scienziati preziose intuizioni sugli effetti dell’esposizione alla luce solare e dei crateri su questi corpi distanti. Inoltre, Caronte è l’unico TNO di dimensioni medie per cui sono disponibili mappe geologiche. Questo è possibile grazie ai dati raccolti dalla sonda New Horizons della NASA, che ha visitato il sistema di Plutone circa un decennio fa.

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Sorprese interessanti su Caronte
La composizione di stelle, pianeti e lune può essere determinata dalla luce che emettono o riflettono dalla loro superficie. Ciò è possibile perché gli elementi assorbono ed emettono luce a lunghezze d’onda specifiche. Pertanto, analizzando gli spettri di un corpo celeste attraverso una tecnica chiamata “spettroscopia”, è possibile rivelare le “impronte digitali” di elementi e composti chimici.

Protopapa e i suoi collaboratori hanno raggiunto le loro conclusioni confrontando le osservazioni spettroscopiche del JWST con misurazioni di laboratorio e modelli spettrali dettagliati della superficie di Caronte. Ciò li ha portati a concludere che l’anidride carbonica è principalmente presente come una pellicola superficiale su un sottosuolo ricco di ghiaccio d’acqua. “La superficie di Caronte, come rivelato dalla missione New Horizons, presenta numerosi crateri circondati da strati di materiale eiettato ricchi di ghiaccio d’acqua e composti contenenti ammoniaca,” ha spiegato Protopapa. “Queste caratteristiche geologiche suggeriscono che i materiali sottostanti siano stati esposti da eventi d’impatto, offrendo una finestra sulla composizione del sottosuolo della luna.”

La nostra interpretazione preferita è che lo strato superiore di anidride carbonica provenga dall’interno e sia stato esposto in superficie attraverso eventi di cratering. “Ha aggiunto che l’anidride carbonica era anche attesa perché il composto è noto per essere presente in regioni del disco protoplanetario da cui è formato il sistema di Plutone. Il fatto che l’anidride carbonica non fosse stata individuata dalla sonda New Horizons della NASA quando ha visitato Plutone e ha catturato immagini di Caronte nel 2015 ha preoccupato gli scienziati per un certo periodo. “La rilevazione di anidride carbonica è stata una conferma soddisfacente delle nostre aspettative,” ha continuato Protopapa.

Una immagine della superficie incrinata e craterizzata della luna di Plutone Caronte, vista dalla missione New Horizons nel 2015 (Crediti immagine: NASA/JPL-Caltech) Ciò che non era atteso dal team era la rilevazione di perossido di idrogeno. “La rilevazione di perossido di idrogeno su Caronte è stata una sorpresa. Onestamente, non mi aspettavo di trovare prove della sua presenza sulla superficie,” ha affermato Protopapa. “Il perossido di idrogeno è noto per essere presente sulla superficie della luna Europa di Giove fin dai primi anni 2000. Non avrei mai immaginato di scrivere un articolo confrontando questi satelliti ghiacciati, Caronte ed Europa, data la loro enorme differenza ambientale.”

La sorprendente presenza di perossido di idrogeno su Caronte ha suggerito al team che la superficie ricca di ghiaccio d’acqua della luna più grande di Plutone è attivamente alterata dalla luce ultravioletta del sole, particelle energetiche dal vento solare e flussi di particelle cariche provenienti da oltre il sistema solare, chiamati “raggi cosmici galattici”. “Il perossido di idrogeno si forma dalla combinazione di radicali di ioni idrossido adiacenti, che originano dalla rottura delle molecole d’acqua a causa di ioni, elettroni o fotoni in arrivo,” ha proseguito Protopapa. “Il nostro team ha condotto nuove misurazioni di laboratorio per confermare che è possibile generare perossido di idrogeno anche in presenza di anidride carbonica.”

Il team non ha ancora terminato con la luna più grande di Plutone. Il JWST continuerà a studiare Caronte e gli scienziati useranno i dati risultanti per comprendere meglio gli TNO ghiacciati nel loro complesso. “Le future osservazioni del JWST mirate a colmare le lacune spettrali, non coperte nei dati attuali, potrebbero portare a nuove scoperte su Caronte e ampliarne ulteriormente l’inventario chimico, forse rivelando altri meccanismi in gioco,” ha concluso Protopapa.

La ricerca del team è stata pubblicata martedì (1 ottobre) nella rivista Nature Communications.