Los cometas que han impactado la Tierra han tenido resultados dispares. En los inicios de la historia de la Tierra, durante el caótico inicio del sistema solar, probablemente fueron la fuente del agua de nuestro planeta, llegando a representar aproximadamente el 0,02 % de su masa. (Marte y Venus recibieron una fracción similar).
Los cometas trajeron moléculas orgánicas complejas y la biosfera, pero posteriormente representaron una amenaza para la misma en colisiones cometarias. Un cometa (o asteroide) probablemente causó el Evento de Tunguska en 1908 en Rusia, y un fragmento de cometa probablemente desencadenó el rápido cambio climático del Dryas Reciente hace 12 800 años, con sus extinciones generalizadas.
Si tales colisiones ocurren aquí, es probable que también ocurran en otros sistemas solares. Ahora, tres científicos del Reino Unido han modelado los impactos de una colisión de un cometa helado con un planeta terrestre similar a la Tierra, bloqueado por mareas. Estos objetos son candidatos principales en la búsqueda de exoplanetas habitables fuera de nuestro sistema solar.
Descubrieron que incluso impactos cometarios relativamente pequeños pueden alterar significativamente el clima de un planeta terrestre (similar a la Tierra) con bloqueo de marea, además de aportar oxígeno a la atmósfera y ser una fuente de océanos para un exoplaneta. De hecho, podríamos observarlos con los telescopios espaciales actuales.
Su primero de dos artículos sobre el tema se publicó en The Astrophysical Journal.
De hecho, los exoplanetas con bloqueo de marea, que siempre muestran la misma cara de su estrella, podrían tener una mayor tasa de impactos cometarios en comparación con la Tierra. Esto se debe a que muchos de ellos orbitan en la zona habitable de las estrellas enanas M, una región bastante cercana a estas estrellas frías.
A distancias orbitales tan pequeñas, los exoplanetas tendrían velocidades orbitales superiores a la de la Tierra (segunda ley de Kepler), y esto, combinado con el efecto de enfoque de los intrusos cometarios en la estrella, generaría tasas de impacto más altas.
Por ejemplo, el sistema planetario TRAPPIST-1, a unos 40 años luz de la Tierra, alberga una estrella enana M («enana roja») fría y roja con siete exoplanetas conocidos, todos a distancias orbitales muy circulares de entre 0,01 y 0,06 UA (unidades astronómicas), con períodos orbitales de entre 1,5 y 19 días. Tres o cuatro de estos exoplanetas podrían encontrarse en la zona habitable de la estrella, donde podría existir agua líquida en su superficie.
Las enanas M son el tipo de estrella más común en la Vía Láctea y representan aproximadamente el 75 % de todas las estrellas. Esta proximidad a una enana M también podría influir en la dinámica y la química atmosférica de un exoplaneta, lo que a su vez afectaría la respuesta de la atmósfera a los impactos de cometas.
Estos exoplanetas cercanos pueden experimentar un importante intercambio de momento angular con su estrella mediante pares de marea. Éstos son los tipos de exoplanetas en los que Sainsbury-Martínez y sus dos colegas se centraron para investigar.
Para estudiar el efecto de un solo impacto cometario, el grupo combinó un modelo de impacto cometario de 2024 creado por Sainsbury-Martinez y un colega con un modelo climático común que se había utilizado previamente para explorar la dinámica atmosférica y la química de exoplanetas análogos a la Tierra y exoplanetas con bloqueo de mareas.
El modelo de impacto cometario incluyó la física de la dinámica de la ruptura del cometa y la ablación térmica (fusión) de sus superficies. Supusieron un cometa de 2,5 km de radio, compuesto de hielo de agua pura, que ingresó perpendicularmente a la superficie del exoplaneta, depositando agua y energía térmica sobre la atmósfera similar a la de la Tierra del exoplaneta TRAPPIST-1e, un objeto de gran interés en la búsqueda de un exoplaneta habitable similar a la Tierra. (Un cometa de este tipo tendría una masa de aproximadamente 65 gigatoneladas, poco más de un tercio de la del Monte Everest).
A medida que el cometa entra en la atmósfera, la densidad de esta aumenta, pero también lo hace la resistencia atmosférica y la tensión sobre el cometa, lo que incrementa la ablación térmica (fusión y evaporación).
Finalmente, esta presión de ariete supera la resistencia a la tracción del cometa y este comienza a fragmentarse. Este proceso puede ser muy complejo, pero se sabe que considerar únicamente la fragmentación por ariete es suficiente para reproducir las ubicaciones de fragmentación de, por ejemplo, el tren de cometas Shoemaker-Levy 9 que impactó Júpiter en 1994.
Se utilizó una función de decaimiento exponencial para garantizar que la fragmentación de todo el material del cometa y su energía cinética se produzca en la atmósfera, antes de alcanzar la superficie.
Al ejecutar los modelos acoplados, el grupo descubrió que la atmósfera del modelo tardó unos 20 años en volver a un estado prácticamente estable. El cometa alteró el contenido de agua en la atmósfera, y la mayor parte del agua se liberó a presiones superiores a 10 Pascal (Pa) (la presión superficial en la Tierra es de 101 000 Pa).
Tras un mes de simulación, se observó un aumento de varios órdenes de magnitud para presiones inferiores a 100 Pa. Al encontrarse en la atmósfera exterior, la superficie prácticamente no respondió a la entrada de agua, debido principalmente al aumento exponencial de la presión atmosférica cerca de la superficie. Se observó el aumento más prolongado del agua atmosférica en la atmósfera media en más de 15 años tras el impacto.
«Incluso un impacto cometario relativamente pequeño puede alterar significativamente el clima de un planeta terrestre (similar a la Tierra)», afirmó Sainsbury-Martínez, «y los cambios son lo suficientemente fuertes como para que podamos observarlos incluso con telescopios espaciales como el actual Telescopio Espacial James Webb (JWST) o el futuro Observatorio de Mundos Habitables (HWO)».
Para un artículo posterior, está analizando un impacto similar con un planeta similar a la Tierra (la masa de TRAPPIST-1e es solo el 70 % de la de la Tierra) que no está bloqueado por mareas.
Se espera que las diferencias con el modelo actual, impulsadas por las diferencias en la circulación y los vientos, sean significativas debido al transporte horizontal alrededor del planeta en la atmósfera. Mientras que las diferencias impulsadas por las diferencias en la circulación y los vientos son significativas, ya que el transporte horizontal desempeña un papel más importante en la mezcla.
Con información de TAJ
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