Brecha en el sistema solar. Créditos: MIT

Hagamos retroceder el reloj cósmico unos pocos miles de millones de años y nuestro Sistema Solar se veía muy diferente de lo que es hoy. Hace unos 4.500 millones de años, el joven Sol brillaba como lo hace ahora, aunque era un poco más pequeño. En lugar de estar rodeado de planetas, estaba instalado en un disco giratorio de gas y polvo. Ese disco se llama disco protoplanetario y es donde finalmente se formaron los planetas.

Había una brecha notable en el disco protoplanetario del Sistema Solar primitivo, entre donde están ahora Marte y Júpiter, y donde se encuentra el cinturón de asteroides de hoy en día. Qué causó exactamente la brecha es un misterio, pero los astrónomos creen que es una señal de los procesos que gobernaron la formación de los planetas.

Un grupo de científicos ha publicado un artículo que describe el descubrimiento de esta antigua brecha. El autor principal es Cauê Borlina, Ph.D. en Ciencias Planetarias. estudiante del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT). El título del artículo es “Paleomagnetic evidence for a disk substructure in the early solar system.” («Evidencia paleomagnética de una subestructura de disco en el sistema solar temprano») y ha sido publicado en la revista Science Advances.

Gracias a instalaciones como el Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA), los astrónomos están mejorando al observar sistemas solares más jóvenes que todavía tienen discos protoplanetarios y todavía están formando planetas. A menudo tienen huecos y anillos claros que son evidencia de la formación de planetas. Pero cómo se formaron sigue siendo un misterio.

“Durante la última década, las observaciones han demostrado que las cavidades, huecos y anillos son comunes en los discos alrededor de otras estrellas jóvenes”, dice Benjamin Weiss, coautor del estudio y profesor de ciencias planetarias en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT ( EAPS). «Estas son firmas importantes, pero poco entendidas, de los procesos físicos mediante los cuales el gas y el polvo se transforman en el sol y los planetas jóvenes».

ALMA’s best image of a protoplanetary disk to date. This picture of the nearby young star TW Hydrae reveals the rings and gaps in young disks. Credit: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Esta imagen de ALMA del disco protoplanetario alrededor de la estrella joven cercana TW Hydrae revela los anillos y los huecos en los discos jóvenes. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)

La evidencia de una brecha en el disco protoplanetario de nuestro propio Sistema Solar hace unos 4.500 millones de años proviene del estudio de los meteoritos.

Los campos magnéticos del Sistema Solar influyeron en la estructura de los meteoritos. El paleomagnetismo dio forma a las diminutas rocas del disco protoplanetario llamadas condrulos. Los cóndrulos son trozos de roca redonda fundidos o parcialmente fundidos que se convirtieron en un tipo de meteorito llamado condritas. Y las condritas son algunas de las rocas más antiguas del Sistema Solar.

A medida que los cóndrulos se enfriaron, conservaron un registro de los campos magnéticos en ese momento. Esos campos magnéticos cambian con el tiempo a medida que evoluciona el disco protoplanetario. La orientación de los electrones en los cóndrulos es diferente dependiendo de la naturaleza de los campos magnéticos en ese momento. Colectivamente, todas esos condrulos en todas esas condritas cuentan una historia.

This is an image of a chondrite named NWA 869 (Northwest Africa 869) found in the Sahara Desert in the year 2000. There are both metal grains and chondrules visible in the cut face. Image Credit: By H. Raab (User: Vesta) - Own work, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=226918
Ésta es una imagen de una condrita llamada NWA 869 (Noroeste de África 869) encontrada en el desierto del Sahara en el año 2000. Hay granos de metal y cóndrulos visibles en la cara cortada. Crédito de la imagen: Por H. Raab (Usuario: Vesta) – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=226918

En este estudio, el grupo analizó los cóndrulos de dos meteoritos carbonosos descubiertos en la Antártida. Utilizaron un dispositivo llamado SQUID, o dispositivo de interferencia cuántica superconductor de escaneo. SQUID es un magnetómetro de alta resolución y alta sensibilidad que se utiliza en muestras geológicas. El equipo usó SQUID para determinar el antiguo campo magnético original para cada cóndrulo en los meteoritos.

El estudio también se basa en un fenómeno llamado dicotomía isotópica. Dos familias separadas de meteoritos han caído a la Tierra, cada una con una composición isotópica diferente, y los científicos concluyeron que las dos familias deben haberse formado en diferentes momentos y lugares en los inicios del Sistema Solar. Los dos tipos se denominan carbonosos (CC) y no carbonosos (NC). Es probable que los meteoritos CC contengan material del Sistema Solar exterior, mientras que los meteoritos NC probablemente contengan material del Sistema Solar interior. Algunos meteoritos contienen ambas huellas dactilares isotópicas, pero eso es muy raro.

Los dos meteoritos que estudió el equipo son tipos CC del sistema solar exterior. Cuando los analizaron, encontraron que los cóndrulos mostraban campos magnéticos más fuertes que los meteoritos NC que habían analizado previamente.

Esto es contrario a lo que los astrónomos piensan que sucede en un sistema solar joven. A medida que evoluciona un sistema joven, los científicos esperan que los campos magnéticos decaigan con la distancia al Sol. La fuerza magnética se puede medir en unidades llamadas microteslas, y los cóndrulos CC mostraron un campo de aproximadamente 100 microteslas, mientras que los cóndrulos NC muestran una fuerza de solo 50 microteslas. A modo de comparación, el campo magnético de la Tierra hoy es de aproximadamente 50 microteslas.

El campo magnético indica cómo un sistema solar acumula material. Cuanto más poderoso es el campo, más material puede atraer. Los fuertes campos magnéticos aparentes en los cóndrulos de los meteoritos CC muestran que el Sistema Solar exterior estaba acumulando más material que la región interior, lo cual es evidente por los tamaños de los planetas. Los autores de este artículo concluyeron que esto es evidencia de una gran brecha, que de alguna manera impidió que el material fluyera hacia el interior del Sistema Solar.

“Las brechas son comunes en los sistemas protoplanetarios, y ahora mostramos que teníamos una en nuestro propio sistema solar”, dice Borlina. «Esto da la respuesta a esta extraña dicotomía que vemos en los meteoritos y proporciona evidencia de que las brechas afectan la composición de los planetas».

Todo se combina en una evidencia sólida de una gran brecha inexplicable en el Sistema Solar temprano.

Imágenes de alta resolución de ALMA de discos protoplanetarios cercanos, que son el resultado del Proyecto de subestructuras de disco en alta resolución angular (DSHARP). Créditos: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Andrews et al .; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello

Júpiter es, con mucho, el planeta más masivo, por lo que es un buen lugar para comenzar a comprender cómo se desarrolló todo esto en nuestro propio Sistema Solar. A medida que Júpiter crecía, su poderosa gravedad pudo haber influido. Podría haber barrido el gas y el polvo del interior del Sistema Solar hacia las afueras, dejando un espacio entre él y Marte en el disco en evolución.

Otra posible explicación proviene del propio disco. Los primeros discos están formados por sus propios campos magnéticos poderosos. Cuando estos campos interactúan entre sí, pueden crear vientos poderosos que pueden desplazar material y crear una brecha. La gravedad de Júpiter y los campos magnéticos en el protoplanetario podrían haberse combinado para crear la brecha.

Pero lo que causó la brecha es solo una pregunta. La otra pregunta es ¿qué papel jugó? ¿Cómo ha ayudado a moldear todo desde que se formó hace más de cuatro mil millones de años? Según el documento, el espacio en sí puede haber actuado como una barrera infranqueable que evitaba que el material de ambos lados interactuara. En el interior de la brecha están los planetas terrestres y en el exterior de la brecha están los mundos gaseosos.

«Es bastante difícil cruzar esta brecha, y un planeta necesitaría mucho torque e impulso externos», dijo el autor principal Cauê Borlina en un comunicado de prensa. «Entonces, esto proporciona evidencia de que la formación de nuestros planetas estaba restringida a regiones específicas en el sistema solar temprano».

Artículo con fines divulgativos basado en el  artículo original en Inglés.
Créditos: Evan Gough, Universe Today
Salvo indicación contraria este trabajo está licenciado por el autor bajo la licencia International Creative Commons Attribution 4.0

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