Uno de los enigmas de larga data que ha desconcertado a los científicos planetarios es la cuestión de por qué el silicio, uno de los elementos más abundantes en todo el universo, es prácticamente invisible en las atmósferas de los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar, Júpiter y Saturno. Aunque todas las teorías apuntaban a su presencia, la evidencia directa ha sido persistentemente esquiva. Sin embargo, un estudio reciente, publicado la semana pasada en la prestigiosa revista Nature, arroja una luz completamente nueva sobre este problema, y la pista clave provino de una dirección inesperada: de un extraño objeto cósmico que los astrónomos llamaron apropiadamente "El Accidente" (The Accident) debido a sus confusas características.

Este objeto único, analizado con la increíble precisión del Telescopio Espacial James Webb de la NASA, ha ayudado a los científicos a comprender mejor la química oculta que tiene lugar en las profundidades de las atmósferas no solo de Júpiter y Saturno, sino potencialmente de miles de exoplanetas que orbitan otras estrellas. La solución al misterio, parece, reside en el pasado lejano del universo y en las condiciones que prevalecían en el momento de la formación de este antiguo cuerpo celeste.

Un Descubrimiento Accidental que lo Cambia Todo

"El Accidente" es en realidad una enana marrón, un objeto fascinante que se encuentra en la "zona gris" entre los planetas y las estrellas. Consiste en una gigantesca bola de gas, más masiva que los planetas más grandes, pero no lo suficientemente masiva como para iniciar en su núcleo el proceso de fusión nuclear que da su brillo a las estrellas. Sin embargo, incluso entre sus parientes difíciles de clasificar, "El Accidente" destaca. Muestra una asombrosa mezcla de rasgos físicos: algunos son característicos de enanas marrones muy jóvenes, mientras que otros solo se han visto en las extremadamente viejas.

Es precisamente por esta inusual combinación de propiedades que este objeto logró eludir los métodos de detección estándar durante años. Fue descubierto hace solo cinco años, y no por un astrónomo profesional, sino por un científico ciudadano que participaba en el proyecto Backyard Worlds: Planet 9. Este programa permite a voluntarios de todo el mundo revisar enormes cantidades de datos recopilados por la ya retirada misión de la NASA NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) y así contribuir a nuevos descubrimientos científicos. "El Accidente" es tan tenue y extraño que para estudiar su atmósfera, los científicos tuvieron que usar el observatorio espacial más poderoso que posee la humanidad: el Telescopio James Webb.

La Mirada de Webb al Corazón del Misterio

Las observaciones con Webb trajeron varias sorpresas, pero una destacó en particular. En el espectro atmosférico de "El Accidente", los científicos notaron una firma clara de una molécula que inicialmente no pudieron identificar. Un análisis más detallado reveló que se trataba de silano (SiH4), una molécula simple que consta de un átomo de silicio y cuatro átomos de hidrógeno. Este descubrimiento resonó en la comunidad científica porque los investigadores habían supuesto durante mucho tiempo, pero nunca habían logrado probar, la existencia de silano en las atmósferas de los gigantes gaseosos, tanto en nuestro sistema como en otros. "El Accidente" es el primer objeto de su tipo en el que esta molécula ha sido identificada inequívocamente.

Los científicos están bastante seguros de que el silicio existe en las atmósferas de Júpiter y Saturno, pero que está hábilmente oculto a nuestros instrumentos. La teoría dominante dice que el silicio, en presencia de oxígeno, se une muy fácilmente a él y forma óxidos de silicio, como el cuarzo. Estas moléculas pesadas luego sirven como núcleos para la condensación y la formación de nubes de polvo de silicato, similares a las tormentas de arena en la Tierra. En los gigantes gaseosos más fríos, como Júpiter y Saturno, estas pesadas nubes de silicato se hunden profundamente en la atmósfera, por debajo de las capas más ligeras de nubes de vapor de agua y amoníaco. Allí permanecen atrapadas, demasiado profundas para ser detectadas incluso por las naves espaciales que han estudiado esos planetas de cerca. Aunque algunos científicos teorizaron que moléculas más ligeras como el silano deberían permanecer en las capas superiores de la atmósfera, como rastros de harina en la mesa de un panadero, hasta ahora no se habían encontrado en ninguna parte. El hecho de que aparecieran solo en una, y muy inusual, enana marrón, sugiere algo crucial sobre los procesos químicos en tales entornos.

"A veces, son precisamente los objetos extremos los que necesitamos para entender lo que sucede en los promedio", declaró Jackie Faherty, investigadora del Museo Americano de Historia Natural de Nueva York y autora principal del nuevo estudio.

Una Máquina del Tiempo Cósmica

"El Accidente", ubicado a unos 50 años luz de la Tierra, probablemente se formó hace entre 10 y 12 mil millones de años, lo que lo convierte en una de las enanas marrones más antiguas jamás descubiertas. Dado que el universo tiene unos 13.8 mil millones de años, este objeto es una verdadera reliquia cósmica, formada en un momento en que el cosmos era un lugar significativamente diferente. En esa era temprana, el universo consistía casi exclusivamente en hidrógeno y helio, con solo cantidades ínfimas de elementos más pesados, incluido el silicio.

Elementos como el carbono, el nitrógeno y, lo que es crucial para esta historia, el oxígeno, se crearon más tarde, en los núcleos ardientes de las estrellas que vivieron y murieron a lo largo de eones. Por lo tanto, los planetas y las estrellas que se formaron más recientemente poseen cantidades considerablemente mayores de estos elementos. Las observaciones de Webb confirman precisamente esta hipótesis: el silano puede formarse en las atmósferas de las enanas marrones y los planetas, pero su ausencia en objetos más jóvenes sugiere que, cuando hay oxígeno disponible, se une con el silicio con una facilidad y eficiencia excepcionales. En este "tira y afloja" químico, el oxígeno prácticamente "engulle" todo el silicio disponible, sin dejar nada para que se una con el hidrógeno y forme silano.

Entonces, ¿por qué existe el silano en "El Accidente"? Los autores del estudio concluyen que la razón es precisamente la edad de esta enana marrón. En el momento de su formación, había mucho menos oxígeno en el universo. Debido a la pobreza de oxígeno en la atmósfera, el silicio no tenía con qué formar óxidos pesados. En su lugar, se unió con el elemento más abundante en el entorno, el hidrógeno, lo que resultó en la formación del silano que Webb ahora ha logrado detectar.

"No iniciamos estas observaciones con la intención de resolver el misterio de Júpiter y Saturno", dijo Peter Eisenhardt del Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL) de la NASA, científico del proyecto de la misión WISE. "Una enana marrón es una bola de gas como una estrella, pero sin un reactor de fusión interno, se enfría continuamente y tiene una atmósfera similar a la de los gigantes gaseosos. Queríamos descubrir por qué esta enana marrón es tan extraña, pero no esperábamos silano. El universo no deja de sorprendernos".

Una Ventana al Mundo de los Exoplanetas

Estudiar enanas marrones suele ser más fácil que estudiar exoplanetas gaseosos. La razón es simple: la luz de un planeta distante suele estar completamente eclipsada por el resplandor de la estrella que orbita. Las enanas marrones, por otro lado, a menudo viajan solas por el espacio, lo que permite una visión sin obstáculos de sus atmósferas. Las lecciones aprendidas al estudiar estos objetos pueden aplicarse a una amplia gama de planetas, incluidos aquellos fuera de nuestro Sistema Solar que podrían tener signos de habitabilidad.

Este tipo de investigación fundamental sienta las bases para futuros proyectos científicos aún más ambiciosos. Al analizar la diversidad y la complejidad de las atmósferas planetarias, los científicos están construyendo una base de conocimientos y perfeccionando las herramientas que algún día serán clave en la búsqueda de vida más allá de la Tierra. "Para que quede claro, no estamos encontrando vida en las enanas marrones", enfatiza Faherty. "Pero a un nivel superior, al estudiar toda esta diversidad y complejidad, estamos preparando a los científicos que algún día tendrán que hacer este tipo de análisis químico para planetas rocosos, potencialmente similares a la Tierra. Quizás no se trate específicamente del silicio, pero ellos también recibirán datos que son complicados, confusos y no encajan en los modelos existentes, al igual que nosotros hoy. Tendrán que profundizar en todas estas complejidades si quieren responder a las preguntas más importantes".