¿Criovulcanismo o un anillo? El telescopio Webb detecta una anomalía térmica en el planeta enano Makemake

Una región más cálida de lo previsto en Makemake podría deberse a un anillo de polvo o a procesos activos en su superficie helada

La reciente detección de un exceso de emisión térmica en longitudes de onda medias en Makemake, uno de los objetos transneptunianos más brillantes y estudiados del cinturón de Kuiper, ha abierto una nueva línea de hipótesis sobre su actividad interna o entorno inmediato. Observaciones realizadas por el telescopio espacial James Webb (JWST) a través del instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) han revelado una anomalía en el espectro térmico del planeta enano, indicando la presencia de una fuente de calor localizada cuya naturaleza aún no se ha determinado con certeza.

Las observaciones reales se muestran como puntos negros. La curva de cuerpo negro de 40K está en rojo y la de 147K, en azul. Las dos observaciones más a la izquierda son del JWST a 18 y 25 micras, y son mucho más brillantes de lo esperado para un objeto de 40K. Al añadir el punto más caliente de 147K, las curvas encajan perfectamente. Créditos: Kiss et al., 2024

Makemake orbita al Sol a una distancia que varía entre 5.700 y 7.900 millones de km, con una órbita moderadamente excéntrica. Su tamaño, de aproximadamente 1.430 km de diámetro, y su superficie cubierta principalmente por metano y etano helado lo convierten en uno de los cuerpos más representativos de los llamados objetos helados del cinturón de Kuiper. La temperatura promedio esperada para un objeto como Makemake, basado en su distancia al Sol y sus propiedades reflectivas, es de unos 40 K (aproximadamente -230 °C). A esta temperatura, su emisión térmica debería tener un pico en torno a los 100 micras de longitud de onda, en el rango del infrarrojo lejano o submilimétrico.

Sin embargo, las observaciones realizadas por JWST en las longitudes de onda de 18 y 25 micras han detectado un incremento significativo de flujo, con valores de brillo entre 4 y hasta 10 veces superiores a los esperados. Este tipo de emisión solo puede explicarse mediante la presencia de una fuente localizada con una temperatura mucho mayor que la del resto de la superficie, alrededor de 147 K, es decir, aproximadamente -126 °C. Aunque sigue siendo una temperatura extremadamente baja en términos terrestres, representa un contraste térmico de casi 100 °C respecto a la superficie general del cuerpo.

El equipo dirigido por Csaba Kiss ha considerado dos escenarios principales para explicar esta anomalía. El primero contempla la posibilidad de que exista una región activa en la superficie de Makemake, que podría estar asociada a actividad criovolcánica. En este modelo, una fracción muy pequeña del área visible, del orden del 0,04 %, estaría emitiendo con una temperatura elevada. Este fenómeno podría ser resultado de eyecciones localizadas de material caliente desde el subsuelo, a través de fracturas en la corteza de hielo que permitirían liberar metano líquido o agua mezclada con otros compuestos volátiles. Este tipo de actividad ya ha sido propuesto en otros objetos transneptunianos como Eris o Quaoar, y estaría en línea con modelos térmicos que sugieren que estos cuerpos pueden conservar calor interno suficiente, generado por desintegración radiactiva o procesos de diferenciación interna.

Imagen del planeta enano Makemake tomada por el telescopio espacial Hubble, mostrando su aspecto rojizo y su pequeña luna — Imagen de Makemake obtenida por el telescopio espacial Hubble. Se observa la presencia de su luna, MK2, descubierta en 2015. *Créditos: NASA, ESA, A. Parker y M. Buie*

El segundo escenario sugiere que Makemake podría estar rodeado por un anillo de polvo compuesto por granos ricos en carbono, similar a los anillos detectados en otros cuerpos del sistema solar como Cariclo o Haumea. En este caso, la emisión térmica detectada correspondería no a la superficie del planeta enano, sino al polvo del anillo, que absorbería radiación solar y la reemitiría en el rango infrarrojo medio. La existencia de anillos en cuerpos de tamaño medio o pequeño del sistema solar ha sido una sorpresa en la última década, ya que se pensaba que solo los planetas gigantes podían mantener estructuras de este tipo de forma estable. En el caso de Haumea, el anillo fue identificado a través de ocultaciones estelares, pero en Makemake este método no ha revelado hasta ahora evidencias directas de material circundante.

Aunque el planeta enano posee una luna, denominada MK2, su contribución a la señal térmica detectada fue considerada y descartada por los autores del estudio. La luna es demasiado pequeña y oscura para explicar el exceso de flujo térmico, por lo que cualquier modelo satisfactorio debe incluir una fuente adicional de emisión, ya sea superficial o externa.

La posibilidad de que Makemake tenga actividad térmica interna es particularmente relevante en el contexto de la comprensión de los objetos del cinturón de Kuiper. Estos cuerpos helados conservan información sobre las condiciones iniciales del sistema solar exterior, y su evolución térmica, dinámica y química puede ofrecer claves sobre los procesos que dieron lugar a la formación planetaria. Si Makemake presenta criovulcanismo activo, esto sugeriría una estructura interna diferenciada, con una capa de material fundido o parcialmente fundido, y una corteza permeable a los gases.

Ilustración de tres modelos internos del planeta enano Makemake, mostrando diferentes configuraciones de núcleo, manto y corteza helada y en todos ellos presencia de agua — La ilustración señala tres posibilidades, incluyendo la posibilidad de que exista agua líquida dentro Makemake en los confines del sistema solar, lejos del calor del Sol. *Créditos: SWRI*

Por otra parte, si el exceso térmico se debe a un anillo, esto abriría nuevas preguntas sobre el origen, composición y estabilidad de tales estructuras en cuerpos tan pequeños y lejanos del Sol. En este sentido, Makemake se uniría a un grupo selecto de cuerpos del sistema solar que incluyen anillos en su entorno inmediato, desafiando modelos clásicos que asociaban este fenómeno únicamente con los planetas gigantes. El polvo rico en carbono que se propone como material dominante del hipotético anillo también introduce implicaciones sobre el origen del material, posiblemente derivado de colisiones recientes o procesos de erosión de pequeños satélites.

El hallazgo ha sido posible gracias a la capacidad del JWST para observar con alta sensibilidad y resolución espectral en el infrarrojo medio. El instrumento MIRI permite cubrir el rango de longitudes de onda entre 5 y 28 micras, lo cual resulta esencial para detectar pequeñas desviaciones del comportamiento de emisión térmica de cuerpos fríos. En particular, las observaciones realizadas en los canales de 18 y 25,5 micras fueron fundamentales para identificar el exceso de emisión. El modelo propuesto por Kiss y colaboradores se ajusta a los datos mediante la suma de dos curvas de cuerpo negro: una correspondiente a la temperatura global esperada para Makemake y otra para la región caliente o fuente secundaria.

Las observaciones previas realizadas desde tierra y con telescopios como Spitzer o Herschel ya habían caracterizado la curva de emisión de Makemake en el rango del submilimétrico, sin detectar irregularidades importantes. El hecho de que el exceso solo aparezca en el infrarrojo medio, y no en el infrarrojo lejano, refuerza la hipótesis de que la fuente es pequeña o localizada, ya que un objeto más grande produciría una alteración de la curva también en otras longitudes de onda.

Recreación de Makemake y su luna MK2 — Ilustración artística de Makemake y su luna. *Créditos: NASA/ESA/A. Parker y M. Buie (SwRI)*

Más allá de este descubrimiento concreto, el caso de Makemake pone de relieve la necesidad de contar con observaciones de alta precisión para explorar la diversidad de los planetas enanos del sistema solar exterior. Objetos como Plutón, Eris, Haumea o Quaoar han mostrado características inesperadas que van desde atmósferas tenues hasta posibles criovolcanes o sistemas de anillos. En este contexto, Makemake podría pasar de ser uno de los objetos más tranquilos del cinturón de Kuiper a representar un laboratorio natural para estudiar fenómenos térmicos en ambientes extremadamente fríos.

En los próximos años, observaciones adicionales con JWST y futuras ocultaciones estelares podrían permitir confirmar la existencia de un anillo en torno a Makemake o caracterizar con mayor detalle la naturaleza de la región caliente detectada. También se abre la puerta a explorar fenómenos similares en otros objetos transneptunianos, especialmente aquellos que aún no han sido estudiados en detalle en el rango del infrarrojo medio.

Referencias y más información