Un nuevo giro en un largo debate puede darnos la respuesta a la pregunta fundamental dentro del tema de como se forman los planetas: cómo formar gigantes gaseosos como Júpiter y Saturno.


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"El enfoque actual está centrado en cómo se forman esos grandes monstruos”, dice Richard Durisen de la Universidad de Indiana. "Su formación determina la arquitectura a largo plazo del sistema planetario”.

Los gigantes gaseosos se desarrollan tragándose grandes cantidades del material que gira alrededor de las estrellas recién nacidas. Existen dos teorías en plena competencia acerca de la forma como esto se lleva a cabo. Una involucra un colapso de gas muy rápido alrededor de la región densa, denominado inestabilidad gravitatoria. La otra sigue un paso lento con la construcción de un núcleo sólido que después atrae gas alrededor de él.

Durisen está presentando un tercer camino – una pequeña inestabilidad gravitatoria mezclada con un poco de crecimiento del núcleo.

"Tenemos dos campos en la formación de planetas. Dick [Durisen] está tratando de formar un tercer campo”, dijo Alan Boss de la Institución Carnegie de Washington. Boss es un líder en el campo de la inestabilidad gravitatoria.

Durisen y sus colegas han realizado simulaciones de computadora de discos planetarios, en los cuales la inestabilidad en la estructura gaseosa ocasiona que se formen brazos en espiral. Estos brazos, eventualmente se asientan formando anillos densos, aparentemente estables.

Aunque las simulaciones no son lo suficientemente sofisticadas para llegar a formar planetas virtuales, el equipo de Durisen especula que los anillos proporcionan un refugio para que se acumule material sólido y este crezca hasta convertirse en núcleos de “grandes objetos”.

La idea podría ser comprobable: Los brazos en espiral que forman los anillos pueden haber dejado un record de su existencia en esferas vitrificadas muy pequeñas encontradas en los meteoritos de mil millones de años de antigüedad.

La tortuga

En el pasado existía una teoría general respecto de como se formaron Júpiter y los otros planetas.

"El crecimiento del núcleo ha sido lo que podríamos llamar el modelo estándar de formación de los planetas durante dos o tres décadas”, le dijo a Space.com Durisen. “Pero la gente puede dudar en utilizar el término ‘estándar’ ahora”.

El crecimiento del núcleo requiere que fragmentos de material sólido se estrellen entre sí para formar trozos cada vez más grandes. Muchos científicos están de acuerdo, y tienen muy pocas dudas, en que así es la manera en como se formaron la Tierra y otros planetas terrestres. Como lo expresa Boss: “Aún queremos construir la Tierra a la vieja manera, un ladrillo sobre otro”.

Pero construir gigantes gaseosos a partir de núcleos ha sido cuestionado en años recientes. Un problema es que los datos de la nave espacial Galileo parecen indicar que el núcleo sólido de Júpiter es menor a tres masas de la Tierra. Los modelos de crecimiento requieren que exista un núcleo de por lo menos 10 veces la masa de la Tierra, dijo Boss.

Otro problema es que el crecimiento del núcleo requiere de varios millones de años para formar un gigante gaseoso, mientras que los discos alrededor de estrellas como el Sol – que alimentan el crecimiento de los gigantes gaseosos – por regla general no duran mucho tiempo.

"Hay discos que parecen durar 10 millones de años, pero el promedio es de menos”, dijo Durisen. “La gente que trabaja en crecimiento de núcleos ha tratado de acelerar este crecimiento, pero aún así toma millones de años”.

Si los gigantes gaseosos fueran raros, podríamos decir que se forman solo en los discos de máxima duración. Pero la cuenta de los planetas extrasolares conocidos actualmente – algunos con una masa de 10 veces la de Júpiter – es de alrededor de 140. De acuerdo con Boss, entre el 25 y el 40 por ciento de las estrellas es muy probable que tengan gigantes gaseosos a su alrededor.

La liebre

Las inestabilidades gravitatorias probablemente puedan formar planetas, o por lo menos bolas desfiguradas que pueden condensarse en planetas, en cosa de 100 a 1,000 años – teniendo regiones densas, o bloques de forma gaseosa dentro de un disco planetario. Pero a pesar de las señales de bloques en las simulaciones de computadora, nadie ha podido probar que se convierten en planetas.

"No está claro que las inestabilidades de disco funcionen”, dijo Jack Lissauer del Ames Research Center de la NASA. "Las escalas-tiempo dadas son únicamente tiempos característicos. Nadie ha podido demostrar que los modelos funcionan”.

Boss observa posibles amontonamientos de planetas en sus simulaciones que permanecen intactas por miles de años. Pero, admite, “probablemente necesitemos seguirlos observando por 100,000 años más para estar totalmente seguros de que sobrevivirán".

Un análisis reciente de este tipo de modelos ha encontrado que obtener inestabilidad en un disco no es un problema, pero el obtener suficiente inestabilidad es difícil de lograr.

"Un disco muy inestable formará planetas, pero para lograr ese nivel de inestabilidad, tendríamos que enfriar el disco muy rápidamente”, dijo Lissauer.

Las simulaciones de Durisen y compañía – a diferencia de las de Boss – nos muestran que el enfriamiento es demasiado lento. Un enfriamiento rápido, de acuerdo con Lissauer, requeriría que un disco fuese de una masa fuera de lo razonable.

El término medio

Aún así, el hecho de que el disco sea inestable, o no uniforme, le dio una idea al grupo de Durisen.

"La formación de los planetas se ha encontrado dentro de este tipo de frontera”, dijo. “Pero hemos estado conscientes de estos anillos, así que pensamos que esa sería la salida”.

Los anillos, que se forman fuera de los brazos en espiral que giran dentro de los discos de desperdicios estelares simulados, podrían dar lugar quizá a un crecimiento de núcleo, ya que las partículas sólidas serían absorbidas a la mitad de un anillo.

Para entender esto, imagínense una particular fuera de un anillo dado. Sentirá un viento de cara procedente del gas unido al anillo. Este viento ocasiona que la partícula pierda su momento angular y caiga más cerca de la estrella – y por ende hacia el centro del anillo.

Dentro del anillo, ocurre lo contrario: una partícula siente un viento de cola que la aleja de la estrella y la lleva hacia la mitad del anillo. Esta acción de vacío recogerá más escombros de un solo lugar para el crecimiento del núcleo.

Como se describe en la edición de Febrero de Icarus, el grupo de Durisen encontró que los anillos de gas permanecen en su sitio a través del tiempo. Pero aún no han incluido partículas sólidas en sus simulaciones para ver como afecta esto los crecimientos del núcleo.

Tanto Boss como Lissauer creen que la combinación de las inestabilidades gravitatorias y el crecimiento del núcleo pueden resolver algunos problemas – como por ejemplo, hacer que unos pedazos destrozados permanezcan juntos – pero no están convencidos que esto dará formación más rápida a planetas.

"Esto no resuelve el problema mayor de fabricar un planeta rápidamente con un núcleo pequeño – uno con las restricciones de los núcleos de Júpiter y Saturno”, dice Lissauer.

Testigos de un nacimiento planetario

Así que el debate continúa. De una cosa podemos estar seguros sin embargo, las inestabilidades causaron estragos en el sistema solar primigenio, dejando sus marcas en los meteoritos ancestrales.

Haciendo de lado sus diferencias, Durisen y Boss trabajaron en un escrito aparte – que será publicado en la edición del 10 de Marzo de las Astrophysical Journal Letters – que muestra que los cóndrulos – esferas vidriadas que se encuentran en muchos meteoritos – fueron fundidas por altas ondas de choque generadas por los densos brazos en espiral.

Cóndrulos separados de la condrita Bjurböle. Mostrados a escala milimétrica.

Evidencias recientes han mostrado que algunos de los cóndrulos tienen 4,600 millones de años de antigüedad – tan viejos como el mismísimo sistema solar.

Aunque estas ondas de choque primordiales podrían parecer dar apoyo a los modelos de inestabilidad gravitatoria, Boss dijo que los brazos en espiral van en consistencia con Júpiter y Saturno formándose posteriormente a través de núcleos en crecimiento.

Pero con una mejor datación, los científicos podrán ser capaces de catalogar algunos de los procesos violentos que sí afectaron a los planetas terrestres: Mercurio, Venus, La Tierra y Marte.

"Lo que creo que podrán proporcionar (los cóndrulos) en cuanto a ayuda, es poder lograr un mapa de lo que sucedió en el sistema solar interior”, dijo Boss.

Aunque los meteoritos vienen predominantemente del cinturón de asteroides (entre Marte y Júpiter), las mismas rocas que fundieron el material allá fuera también expulsaron sus pedazos que más tarde se convirtieron en “nosotros”, dijo Boss.

Artículo de Michael Schirber
Aportación de Liberto
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