Nueva teoría sobre la formación planetaria

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Nueva teoría sobre la formación planetaria

Por : 18-02-2005

Una combinación de dos viejas teorías puede traer una solución para el enigma de la formación de los planetas gaseosos gigantes.

Una nueva teoría sobre la formación planetaria encuentra refugios de estabilidad entre la violenta turbulencia en el arremolinado gas que rodea a una joven estrella. Estas áreas protegidas son los lugares donde los planetas pueden comenzar a formarse sin ser destruidos.

La teoría será publicada en el número de febrero de la revista Icarus.

“Es otra forma de iniciar la formación de un planeta. Combina las dos teorías principales de formación planetaria”, dice Richard Durisen, profesor de astronomía y jefe de ese departamento en la Universidad de Indiana Bloomington. Durisen es un referente en la utilización de computadoras para crear modelos de nacimiento de los planetas.

Al ver sus simulaciones corriente en el monitor de una computadora, resulta fácil imaginar que uno está en un lugar privilegiado mirando desde arriba al espacio interestelar y contemplando cómo sucede el proceso en realidad.

Un disco verde de gas gira alrededor de una estrella central. En algún momento, comienzan a aparecer dentro del disco unos brazos en espiral de color amarillo, indicando las regiones donde el gas se está poniendo más denso. Luego, aparecen unas pocas burbujas rojas, inicialmente apenas como pequeños indicios, pero luego y en forma gradual van siendo más estables.

Esas regiones rojas se van haciendo más densas, mostrando las zonas en que masas gaseosas se están acumulando y que luego podrían convertirse en planetas.

Los gases turbulentos y los discos arremolinados son construcciones matemáticas generadas utilizando la hidrodinámica y gráficos de computadora. El monitor muestra los resultados de los cálculos de los científicos en forma de coloridas animaciones.

“Estos son los discos de gas y polvo que los astrónomos ven alrededor de la mayoría de las estrellas jóvenes, y a partir de los cuales se forman los planetas”, explicó Durisen. “Son como un torbellino gigante que gira en órbita alrededor de una estrella. Nuestro propio sistema solar nació de un disco similar”.

Los científicos conocen hasta ahora más de 130 planetas que giran alrededor de otras estrellas, y casi todos ellos son por lo menos tan masivos como Júpiter. “Los gigantes gaseosos son más comunes que lo podríamos haber previsto incluso hace apenas 10 años”, dijo. “La naturaleza es bastante buena en la creación de estos planetas”.

La clave para comprender cómo se forman los planetas es un fenómeno conocido como inestabilidad gravitatoria, según Durisen. Desde hace tiempo los científicos han pensado que si los discos de gas que rodean a las estrellas son lo suficientemente masivos y fríos, ocurren estas inestabilidades, lo que permite a la gravedad del disco vencer la presión del gas y hacer que algunas partes del disco se unan y formen acumulaciones densas, que más tarde podrían convertirse en planetas.

Sin embargo, un disco gravitacionalmente inestable es un ambiente violenta. Las interacciones con otros materiales del disco y otras acumulaciones pueden lanzar al planeta potencial hacia la estrella central o destrozarlo completamente. Si los planetas van a formarse en un disco inestable necesitan un entorno más protegido, y Durisen cree que ha encontrado uno.

A medida que corre su simulación, se forman anillos de gas en el borde de una región inestable, y se van haciendo más densos. Si las partículas sólidas que se acumulan en un anillo se desplazan rápidamente al medio del mismo, podría formarse mucho más rápidamente el núcleo de un planeta.

El factor tiempo es importante. Uno de las dificultades principales que enfrentan Durisen y otros teóricos es el reciente descubrimiento de que los planetas gigantes como Júpiter se forman bastante rápidamente (según los estándares astronómicos). Tienen que hacerlo, de otro modo el gas que necesitan se habrá ido.

“Ahora, los astrónomos saben que los discos masivos alrededor de las estrellas jóvenes tienden a desaparecer en el plazo de unos pocos millones de años”, dijo Durisen. “Ésa es la oportunidad de crear planetas ricos en gas. Júpiter y Saturno y los planetas que son comunes en otras estrellas, son todos gigantes gaseosos, y esos planetas tienen que haberse formado durante esta ventana de unos pocos millones de años cuando todavía queda por los alrededores una porción sustancial del disco gaseoso”.

Esta necesidad de rapidez causa problemas a cualquier teoría que tenga una aproximación algo perezosa para la formación planetaria, como por ejemplo la teoría de la acreción del núcleo que era hasta hace poco el modelo estándar.

“En la teoría de la acreción del núcleo, la formación de los planetas gigantes gaseosos comenzaba con un proceso similar al de la forma en que los planetas tipo Tierra se van acumulando”, explicó Durisen. “Los objetos sólidos chocan unos con otros y se unen y crecen en tamaño. Si un objeto sólido crece hasta tener unas diez veces la masa de la Tierra, y hay también gas a su alrededor, se vuelve lo suficientemente masivo como para capturar una gran cantidad de gas por medio de la gravedad. Una vez que ha sucedido éso, se logra una formación rápida de un planeta gaseoso gigante”.

El problema es que toma mucho tiempo para que se forme un núcleo sólido con este proceso, algo así como de unos 10 a unos 100 millones de años. La teoría puede funcionar para Júpiter y para Saturno, pero no para docenas de planetas alrededor de otras estrellas. Muchos de esos planetas tienen masas que son varias veces la de Júpiter, y es muy difícil conseguir que se formen unos planetas tan enormes por medio de la acreción del núcleo.

La teoría de que las inestabilidades gravitatorias pueden, por sí mismas, formas planetas gaseosos gigantes, fue propuesta por primera vez hace más de 50 años. Ha sido revivida recientemente a causa de los problemas de la teoría de la acreción del núcleo. La idea de que enormes masas de gas colapsen de pronto por gravedad para formar un objeto denso, quizás en apenas unas pocas órbitas, se coloca ciertamente dentro del cuadro temporal, pero también presenta algunos problemas propios.

Según la teoría de la inestabilidad gravitatoria, los brazos en espiral se forman en un disco de gas y luego se rompen para formar acumulaciones que se encuentran en órbitas diferentes. Estas acumulaciones sobreviven y crecen hasta que se forman a su alrededor los planetas. Durisen puede ver estas acumulaciones en sus simulaciones, pero no duran mucho.

“Las acumulaciones giran y se desgajan y se recrean y son destruidas una y otra vez”, dijo. Si las inestabilidades gravitatorias son lo suficientemente fuertes, un brazo espiral se romperá y formará acumulaciones. La cuestión es, ¿qué sucede con ellas?”.

Co-autores de este artículo son la estudiante doctoral Kai Cai de la Universidad de Indiana y dos antiguos estudiantes de Durisen, Annie C. Mejía, miembro post-doctoral del Departamento de Astronomía de la Universidad de Washington, y Megan K. Pickett, profesora asociada de física y astronomía de la Universidad de Purdue Calumet.

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Web Site: Astrobiology.com
Artículo: “New theory of how planets form finds havens of stability amid turbulence ”
Fecha: Febrero 14, 2005

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Para Astroseti.org: Heber Rizzo Baladán

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