En la vasta expansión del universo, los astrónomos a menudo se encuentran con enigmas cósmicos que desafían las explicaciones sencillas. Uno de esos misterios de larga data se refiere a las atmósferas de los gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno. ¿Por qué carecen de silicio, uno de los elementos más abundantes del universo? La respuesta a esta pregunta, al parecer, ha llegado de una dirección inesperada: el estudio de un cuerpo celeste inusual que, debido a su extraña naturaleza y descubrimiento accidental, recibió el apodo de "El Accidente".

Un nuevo estudio, que se basa en las increíbles capacidades del telescopio espacial James Webb, ha arrojado nueva luz sobre los procesos químicos ocultos en las profundidades de las atmósferas de estos planetas, así como de miles de otros mundos más allá de nuestro Sistema Solar. En el centro de la historia se encuentra una molécula que los científicos han buscado durante mucho tiempo, pero que hasta ahora no habían logrado encontrar: el silano.

Un descubrimiento casual que lo cambió todo

"El Accidente", oficialmente denominado WISEA J153429.75-104303.3, es una enana marrón, un fascinante cuerpo celeste que representa una forma de transición entre los planetas más grandes y las estrellas más pequeñas. Las enanas marrones son más masivas que Júpiter, pero no lo suficiente como para iniciar en su núcleo la fusión nuclear del hidrógeno, el proceso que da su brillo a las estrellas. Sin embargo, incluso en la categoría de estas "estrellas fallidas", "El Accidente" se destaca como un ejemplar excepcionalmente inusual.

Este objeto posee una confusa combinación de características; algunas son típicas de enanas marrones muy jóvenes, mientras que otras solo se ven en las extremadamente viejas. Precisamente por esta naturaleza inusual, eludió durante años los métodos de detección estándar. Fue descubierto hace solo cinco años, y no por un astrónomo profesional, sino gracias al entusiasmo de un científico ciudadano. Dan Caselden, participante del proyecto Backyard Worlds: Planet 9, notó el débil movimiento de este objeto al revisar los datos de archivo de la misión NEOWISE (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) de la NASA. Este proyecto permite a voluntarios de todo el mundo analizar enormes cantidades de datos y ayudar a descubrir nuevos mundos en nuestro vecindario cósmico.

"El Accidente" es tan tenue y espectralmente extraño que los científicos tuvieron que utilizar el observatorio espacial más potente jamás construido, el telescopio James Webb, para asomarse a su atmósfera. El análisis de la luz que atraviesa la atmósfera de esta enana marrón reveló varias sorpresas, pero una fue especialmente importante. Entre las firmas químicas, el equipo notó rastros de una molécula que inicialmente no pudieron identificar. Un análisis más detallado confirmó que se trataba de silano ($SiH_4$), una molécula simple que consta de un solo átomo de silicio y cuatro átomos de hidrógeno.

El fantasma de una molécula: ¿Por qué encontrar silano es un gran éxito?

El descubrimiento del silano es monumental. Los científicos han teorizado durante décadas que esta molécula debería existir no solo en las atmósferas de las enanas marrones, sino también en las capas superiores de las atmósferas de los gigantes gaseosos de nuestro Sistema Solar. Sin embargo, a pesar de numerosas búsquedas, nunca había sido detectada, hasta ahora. "El Accidente" se convirtió en el primer objeto de su tipo en cuya atmósfera se ha confirmado inequívocamente la existencia de silano.

La comunidad científica está bastante segura de que el silicio existe en las atmósferas de Júpiter y Saturno, pero creen que está oculto a nuestra vista. La teoría dominante sugiere que el silicio, en presencia de oxígeno, se une muy fácilmente y forma compuestos de silicato, como el cuarzo. En los gigantes gaseosos calientes, estos silicatos pueden formar nubes, similares a las tormentas de arena en la Tierra. En los gigantes gaseosos más fríos, como son Júpiter y Saturno, estas pesadas nubes de silicato se hunden profundamente en la atmósfera, muy por debajo de las capas más ligeras de nubes de amoníaco y vapor de agua. Se encuentran a profundidades tan grandes que son invisibles incluso para las naves espaciales que han estudiado estos planetas de cerca.

Sin embargo, algunos investigadores plantearon la hipótesis de que moléculas de silicio más ligeras, como el silano, deberían permanecer en las capas más altas de la atmósfera, como rastros de harina en la mesa de un panadero. El hecho de que tales moléculas no se hayan encontrado en ningún lugar excepto en esta única y extremadamente inusual enana marrón, sugiere algo crucial sobre la química que tiene lugar en esos entornos. "A veces son precisamente los objetos extremos los que necesitamos para entender lo que sucede en los promedio", declaró Jacqueline Faherty, investigadora del Museo Americano de Historia Natural en Nueva York y autora principal del estudio publicado a principios de septiembre en la prestigiosa revista Nature.

Una reliquia del amanecer del universo

Para entender por qué "El Accidente" tiene silano y otros objetos no, debemos retroceder mucho en el tiempo. Situada a unos 50 años luz de la Tierra, esta enana marrón probablemente se formó hace entre 10 y 12 mil millones de años. Dado que el universo mismo tiene unos 13.8 mil millones de años, "El Accidente" es una de las enanas marrones más antiguas jamás descubiertas, una verdadera reliquia cósmica.

En el momento en que se formaba este objeto, el universo era químicamente muy pobre. Se componía casi exclusivamente de hidrógeno y helio, con cantidades insignificantes de elementos más pesados, incluido el silicio. Elementos como el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, cruciales para la química tal como la conocemos, se crean en los núcleos de las estrellas y se dispersan por el universo solo después de su muerte. Por lo tanto, los planetas y estrellas que se formaron más tarde, como nuestro Sol, Júpiter y Saturno, poseen considerablemente más de estos elementos.

Las observaciones del telescopio Webb confirman que el silano realmente puede formarse en las atmósferas de las enanas marrones y los planetas. Su ausencia en otros objetos más jóvenes sugiere fuertemente que, cuando hay oxígeno disponible, este se une con una facilidad y eficiencia excepcionales con el silicio. En ese proceso, el oxígeno "engulle" todo el silicio disponible, sin dejar casi nada que pueda unirse con el hidrógeno y formar silano.

Entonces, ¿por qué "El Accidente" tiene silano? Los autores del estudio presuponen que la razón es precisamente su edad. En el universo primitivo, cuando se formó esta antigua enana marrón, había mucho menos oxígeno. Debido a esa falta, el silicio no tenía con qué formar silicatos. En cambio, se unió al elemento más disponible, el hidrógeno, y así se formó el silano, una molécula que se ha conservado en su atmósfera durante miles de millones de años.

Significado cósmico más amplio

Este descubrimiento tiene implicaciones que van mucho más allá de la comprensión de Júpiter y Saturno. Las enanas marrones a menudo son más fáciles de estudiar que los exoplanetas, los gigantes gaseosos que orbitan otras estrellas. La luz de un planeta distante suele quedar eclipsada por el resplandor de su estrella madre, mientras que las enanas marrones viajan principalmente solas por el espacio, lo que las convierte en laboratorios naturales ideales para estudiar las atmósferas planetarias.

"No emprendimos 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. "Queríamos descubrir por qué esta enana marrón es tan extraña, pero no esperábamos el silano. El universo nos sorprende constantemente".

Las lecciones aprendidas al estudiar objetos como "El Accidente" son aplicables a todo tipo de planetas, incluidos aquellos fuera de nuestro Sistema Solar que podrían tener signos de habitabilidad. Aunque es importante destacar que aquí no se trata de una búsqueda de vida, la metodología es clave. "Para que quede claro, no estamos encontrando vida en las enanas marrones", aclaró Faherty. "Pero a un nivel superior, al estudiar toda esta diversidad y complejidad en las atmósferas planetarias, estamos preparando a los científicos que algún día tendrán que hacer este tipo de análisis químicos para planetas rocosos similares a la Tierra. Quizás no se trate específicamente del silicio, pero obtendrán datos que son complicados, confusos y no encajan en los modelos existentes, al igual que nosotros. Tendrán que desentrañar toda esa complejidad si quieren responder a las grandes preguntas".