La superficie de la Luna acumula rastros de explosiones estelares ocurridas a cientos de años luz de la Tierra. Ese material llegó al Sistema Solar convertido en polvo interestelar y quedó incorporado al regolito, la capa de partículas, rocas y fragmentos que cubre el satélite.
El desafío residía en identificar esa señal entre los efectos de millones de impactos que revolvieron el terreno durante largos períodos. Un equipo liderado por la científica planetaria Emily Costello, de la Universidad de Hawái en Mānoa, presentó ahora un modelo matemático capaz de reconstruir la distribución de restos de supernovas dentro del suelo lunar.
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La propuesta ofrece una forma de interpretar la Luna como un archivo de la actividad estelar que rodeó al Sistema Solar. En la Tierra, los depósitos del fondo oceánico conservan radioisótopos procedentes del espacio interestelar, pero el paso del tiempo borra una parte decisiva de ese registro.
La erosión, las placas tectónicas y la subducción destruyen o modifican las capas geológicas antiguas. La Luna carece de atmósfera y de tectónica activa, por lo que retiene materiales que en nuestro planeta ya desaparecieron.
Los investigadores estiman que el regolito lunar podría conservar datos de entre 80 y 100 millones de años, o incluso de un período mayor. Esa diferencia amplía de forma considerable el alcance temporal de los archivos terrestres, que solo aportan información fiable sobre los últimos 10 millones de años. La posibilidad de acceder a ese registro permitiría rastrear la trayectoria del Sistema Solar dentro de la Vía Láctea y examinar los episodios en los que atravesó regiones afectadas por explosiones de estrellas masivas.
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Una supernova ocurre cuando una estrella llega al final de su evolución y libera una enorme cantidad de energía y materia. La explosión dispersa elementos químicos y radioisótopos a través del medio interestelar. Una fracción de esos restos viaja durante millones de años hasta alcanzar otros sistemas. Cuando llegan al vecindario solar, pueden depositarse sobre planetas, asteroides y lunas.
Entre los isótopos que interesan a los científicos figura el hierro-60, un elemento radiactivo cuya presencia en depósitos marinos y materiales lunares apunta a explosiones cercanas en la historia cósmica reciente. Los análisis previos situaron dos pulsos de llegada de esos restos hace aproximadamente 2,3 millones y 7,3 millones de años.
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Esas señales no indican que una supernova estalló en la Luna o la Tierra, sino que los productos expulsados por fenómenos ocurridos a gran distancia alcanzaron ambos cuerpos.
“Me parece maravilloso que los restos de estrellas pasadas puedan utilizarse para desentrañar la vasta historia de nuestro vecindario Tierra-Luna si sabemos cómo interpretar el polvo estelar”, declaró Costello.
La ausencia de lluvia, viento y actividad tectónica no convierte a la Luna en un depósito intacto. Su superficie enfrenta de manera constante el impacto de micrometeoritos, fragmentos rocosos y cuerpos de mayor tamaño. Cada choque excava material, lo desplaza, compacta algunas capas y expone otras. Ese proceso recibe el nombre de jardinería de impacto, una metáfora que alude al movimiento continuo del suelo.
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La jardinería de impacto altera la posición original de las partículas que cayeron sobre la superficie. Un radioisótopo depositado tras una supernova puede quedar enterrado por un impacto posterior o regresar a niveles más superficiales luego de otra colisión. A lo largo de decenas de millones de años, ese intercambio difumina las fronteras entre las capas de distintas edades. Por eso, hallar hierro-60 o plutonio-244 a una profundidad determinada no basta para establecer cuándo llegó al satélite.
Los autores del estudio definieron ese problema como uno de los obstáculos centrales para la ciencia planetaria. “La redistribución vertical de materiales en el regolito lunar, que abarca desde productos de meteorización espacial producidos continuamente hasta pulsos esporádicos de isótopos derivados de supernovas o kilonovas, sigue siendo un problema fundamental en la ciencia planetaria”, describieron en el trabajo.
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El texto también remarcó el valor del suelo lunar para investigaciones que exceden el estudio de supernovas. “El regolito lunar sirve como registro de la historia del Sistema Solar, preservando evidencia del viento solar, los rayos cósmicos y los eventos interestelares episódicos. Sin embargo, este registro se ve alterado por la formación de cráteres”, sostuvieron.
El nuevo modelo busca resolver esa dificultad mediante una descripción estadística del comportamiento del regolito. Los científicos reunieron en una misma estructura matemática procesos que antes requerían aproximaciones separadas: la compactación causada por impactos, la excavación de material desde niveles inferiores, la desintegración de los isótopos radiactivos y la meteorización espacial.
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Costello y sus colegas denominaron a su herramienta un “modelo estocástico unificado”. El término alude a fenómenos que incorporan azar. En este caso, resulta imposible conocer la sucesión exacta de impactos que afectó cada porción del suelo lunar. Los meteoritos presentan tamaños, velocidades, ángulos de entrada y energías diferentes. Cada núcleo extraído de la Luna contiene, por tanto, una historia local singular.
El modelo no intenta reconstruir el recorrido individual de cada grano. En cambio, calcula cómo debería comportarse, en promedio, una señal procedente del espacio cuando compite con los mecanismos que la entierran y los que la devuelven hacia la superficie. La clave está en comparar esas predicciones con las concentraciones observadas a distintas profundidades.
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“Para modelar la formación de suelo lunar por impacto, debemos equilibrar una compleja red de mecanismos físicos, que incluyen la compactación por impacto, la excavación, la desintegración radiactiva y la erosión espacial, todos operando simultáneamente dentro de un único y elegante modelo continuo”, explicó Costello.
La investigadora precisó el principio general de la simulación: “Nuestro modelo matemático trata la formación de suelo lunar por impacto como una competencia entre las fuerzas que entierran el suelo y los impactos que lo desentierran. También considera la desintegración radiactiva de los restos estelares, al tiempo que determina con precisión cuándo y dónde se depositó nuevo polvo estelar mediante supernovas episódicas”.
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El equipo puso a prueba la herramienta con muestras de suelo lunar recogidas por las misiones Apolo. Esos materiales ofrecieron un campo de contraste porque sus perfiles de profundidad y sus edades cuentan con estimaciones independientes. Los científicos compararon las predicciones con las concentraciones medidas de hierro-60 y encontraron una coincidencia que respaldó la capacidad del método para separar el efecto de la jardinería de impacto de la llegada de polvo interestelar.
“Cuando compartí por primera vez los resultados de mi modelo, mis colegas se sorprendieron de la gran concordancia entre el modelo y las mediciones. Este nivel de fidelidad entre las observaciones empíricas y un modelo físico es emocionante y extraordinario”, sostuvo Costello.
El estudio no se limitó al hierro-60. Los cálculos también alcanzaron a otros radioisótopos pesados, como el plutonio-244, el yodo-129, el hafnio-182 y el curio-247. Cada uno posee una vida radiactiva propia y puede aportar datos distintos sobre los eventos que los originaron. La combinación de estas señales permitiría distinguir episodios de deposición, establecer rangos temporales y buscar la huella de fenómenos astrofísicos diferentes.
“Los modelos de jardinería de regolito son cruciales para estudiar la caída de escombros de eventos astrofísicos cercanos. Se sugirió que las explosiones de supernovas cercanas podrían haber depositado en la Tierra cantidades pequeñas pero detectables de otros isótopos vivos. También se observa en los rayos cósmicos, lo que indica además que recientemente hubo supernovas cercanas que impulsaron la aceleración de partículas”, afirmaron los investigadores.
La próxima oportunidad para profundizar este registro depende de las futuras misiones de retorno de muestras. El programa Artemis de la NASA prevé llevar astronautas otra vez a la Luna y obtener nuevos materiales. Los núcleos extraídos a mayor profundidad podrían incluir capas menos afectadas por impactos recientes, con información sobre períodos más antiguos del entorno galáctico del Sistema Solar.
La utilidad del modelo supera la lectura de las muestras que ya existen. También puede orientar dónde perforar, hasta qué profundidad conviene extraer núcleos y qué concentraciones de radioisótopos deberían buscar los laboratorios. Si las futuras campañas recuperan material de distintos lugares lunares, los científicos podrán contrastar cómo varía el registro según la intensidad local de los impactos.
“El regolito lunar [suelo], en cambio, actúa como un archivo cósmico a largo plazo que puede preservar la historia durante 80 a 100 millones de años o más. Comprender la física de la mezcla del regolito garantiza que, cuando los futuros astronautas regresen con núcleos más profundos, podremos interpretar correctamente las capas revueltas para reconstruir la historia del viaje de nuestro Sistema Solar a través de la galaxia”, explicó Costello.
“Estas futuras muestras tomadas de la Luna, al ser consideradas junto con nuestro modelo de jardinería, podrían revelar nuevos datos sobre un capítulo desconocido de la historia de las supernovas”, concluyó la investigadora.