The Search for water ice on Comets and Asteroids

  1. O'Rourke, Laurence
Dirigida por:
  1. Michael Küppers Director/a

Universidad de defensa: Universidad Complutense de Madrid

Fecha de defensa: 12 de febrero de 2021

Tribunal:
  1. Elisa de Castro Rubio Presidenta
  2. Nicolás Cardiel López Secretario
  3. Alessandra Rotundi Vocal
  4. Mark Hofstadter Vocal
  5. Dennis Bodewits Vocal

Tipo: Tesis

Resumen

La presencia de agua se considera uno de los ingredientes clave para la formación de vida en la Tierra. De hecho, las teorías actuales sobre el origen de los océanos de la Tierra sugieren que el agua que se encuentra allí se originó tanto en cometas como en asteroides. La búsqueda de hielo de agua en la superficie y el sub-superficie de cometas y asteroides proporciona no solo información clave sobre su presencia y distribución en estos cuerpos primitivos, sino que también contribuye a brindar una comprensión más profunda de cómo se formó el sistema solar, cómo se entregó el agua a la Tierra por estos cuerpos y, de hecho, cómo surgió la vida como resultado. Esta tesis tiene como objetivo principal buscar la presencia de hielo de agua sobre y justo debajo de las superficies de cometas y asteroides, estimando su cobertura y, cuando sea posible, caracterizando sus propiedades. Este objetivo principal se divide en dos objetivos específicos, mediante los cuales buscamos y caracterizamos el hielo que se encuentra en los superficies y sub-superficies de cometas (primer objetivo) y asteroides (segundo objetivo). En esta tesis presentamos una serie de publicaciones destinadas a abordar estos objetivos. Para abordar el primer objetivo, presentamos dos trabajos; un artículo principal (O'Rourke et al., Nature 2020) y un artículo secundario (O'Rourke et al., ApJL, 2013). Para abordar el segundo objetivo, presentamos tres trabajos; un artículo principal (O'Rourke et al., ApJL, 2020) y dos artículos secundarios (Kueppers and O'Rourke et al., Nature, 2014; O'Rourke et al., ApJL, 2013). Los resultados obtenidos de los trabajos presentados en esta tesis son bastante singulares. El resultado de nuestro primer artículo fue que pudimos confirmar la presencia en cometa 67P Churyumov-Gerasimenko de hielo primitivo (el estado químico de los materiales cometarios cuando comenzaron a aglomerarse en cuerpos macroscópicos) dentro de los cantos rodados cometarios, justo debajo de su superficie polvorienta. Determinamos la suavidad de este hielo primitivo y obtuvimos una porosidad equivalente a la medida en el cometa en su conjunto. Se confirmó que el hielo estaba expuesto por los movimientos del módulo de aterrizaje Philae durante su rebote en la superficie. Para nuestro segundo artículo, la no detección de una exosfera alrededor de los asteroides (24) Themis y (65) Cybele llevó a nuestro cálculo de límites superiores altamente sensibles para la tasa de producción de agua. Estimamos que el hielo de agua íntimamente mezclado con el material de la superficie oscura de los asteroides cubriría menos de 0,0017 por ciento (para Themis) y menos de 0,0033 por ciento (para Cybele) de sus superficies, mientras que una mezcla ¿areal¿ con hielo muy limpio cubriría menos de 2,2 por ciento. Basándonos en este bajo porcentaje de cobertura de superficie, refutamos los resultados de un artículo de Nature (Campins et al. 2010) que proponía un vínculo entre la característica de absorción de 3.1 µm y el hielo de la superficie de los asteroides. Con nuestro primer artículo secundario, fuimos los primeros en confirmar la presencia de hielo de agua en el cinturón de asteroides cuando descubrimos en 2013 que el planeta enano (1) Ceres tenía una exosfera producida a partir de la sublimación de agua superficial hielo. En nuestro segundo artículo secundario, no detectamos una exosfera a pesar de que el Main-Belt Comet estaba ¿activo¿ en el momento de la observación de Herschel. Nuestra no detección nos permitió derivar límites superiores sensibles en la tasa de producción de agua, así como estimar una cobertura de superficie de hielo de agua del 0.2 por ciento. Cerramos la tesis presentando nuestras conclusiones y proponiendo trabajos futuros en este ámbito. La presencia de hielo de agua en los cometas y en el asteroide más grande del sistema solar ha sido confirmada a partir de los estudios realizados en esta tesis.