Aunque los planetas rodean a las estrellas en la galaxia, su forma sigue siendo un tema de debate. A pesar de la riqueza de mundos en nuestro propio sistema solar, los científicos aún no están seguros de cómo se construyen los planetas. Actualmente, dos teorías están discutiendo por el papel de campeón.
La primera y más ampliamente aceptada teoría, la acumulación de núcleos, funciona bien con la formación de los planetas terrestres como la Tierra, pero tiene problemas con los planetas gigantes. El segundo, el método de inestabilidad del disco, puede explicar la creación de estos planetas gigantes.
Los científicos continúan estudiando planetas dentro y fuera del sistema solar en un esfuerzo por comprender mejor cuál de estos métodos es el más preciso.
El modelo de acreción central
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Hace aproximadamente 4.600 millones de años, el sistema solar era una nube de polvo y gas conocida como nebulosa solar. La gravedad colapsó el material sobre sí mismo cuando comenzó a girar, formando el sol en el centro de la nebulosa.
Con la salida del sol, el material restante comenzó a acumularse. Pequeñas partículas se unieron, unidas por la fuerza de la gravedad, en partículas más grandes. El viento solar barrió elementos más ligeros, como hidrógeno y helio, de las regiones más cercanas, dejando solo materiales pesados y rocosos para crear pequeñas cosas terrestres como la Tierra. Pero más lejos, los vientos solares tuvieron menos impacto en elementos más ligeros, lo que les permitió unirse en gigantes gaseosos. De esta manera, se crearon asteroides, cometas, planetas y lunas.
El núcleo rocoso de la Tierra se formó primero, con elementos pesados que colisionaron y se unieron. El material denso se hundió en el centro, mientras que el material más ligero creó la corteza. El campo magnético del planeta probablemente se formó alrededor de esta época. La gravedad capturó algunos de los gases que formaron la atmósfera primitiva del planeta.
Al principio de su evolución, la Tierra sufrió un impacto de un gran cuerpo que catapultó al espacio pedazos del manto del joven planeta. La gravedad hizo que muchas de estas piezas se unieran y formaran la luna, que tomó órbita alrededor de su creador.
El flujo del manto debajo de la corteza provoca la tectónica de placas, el movimiento de las grandes placas de roca en la superficie de la Tierra. Las colisiones y la fricción dieron lugar a montañas y volcanes, que comenzaron a arrojar gases a la atmósfera.
Aunque la población de cometas y asteroides que pasan por el sistema solar interior es escasa hoy en día, eran más abundantes cuando los planetas y el sol eran jóvenes. Las colisiones de estos cuerpos helados probablemente depositaron gran parte del agua de la Tierra en su superficie. Debido a que el planeta está en la zona de Ricitos de Oro, la región donde el agua líquida no se congela ni se evapora, sino que puede permanecer como líquido, el agua permaneció en la superficie, lo que muchos científicos creen que juega un papel clave en el desarrollo de la vida.
Las observaciones de exoplanetas parecen confirmar la acumulación del núcleo como el proceso de formación dominante. Las estrellas con más “metales”, un término que los astrónomos usan para elementos distintos del hidrógeno y el helio, en sus núcleos tienen más planetas gigantes que sus primos pobres en metales. Según la NASA, la acumulación de núcleos sugiere que los mundos pequeños y rocosos deberían ser más comunes que los gigantes gaseosos más masivos.
El descubrimiento en 2005 de un planeta gigante con un núcleo masivo en órbita alrededor de la estrella HD 149026 es un ejemplo de un exoplaneta que ayudó a fortalecer el caso de la acumulación de núcleos.
“Esta es una confirmación de la teoría de la acumulación de núcleos para la formación de planetas y evidencia de que los planetas de este tipo deberían existir en abundancia”, dijo Greg Henry en un comunicado de prensa. Henry, un astrónomo de la Universidad Estatal de Tennessee, Nashville, detectó la atenuación del estrella.
En 2017, la Agencia Espacial Europea planea lanzar el característico Satélite ExOPlanet (CHEOPS), que estudiará exoplanetas que varían en tamaños desde super-Tierras hasta Neptuno. Estudiar estos mundos distantes puede ayudar a determinar cómo se formaron los planetas del sistema solar.
“En el escenario de acumulación de núcleos, el núcleo de un planeta debe alcanzar una masa crítica antes de que pueda acumular gas de forma desbocada”, dijo el equipo de CHEOPS.
“Esta masa crítica depende de muchas variables físicas, entre las cuales la más importante es la tasa de acreción planetesimal”.
Al estudiar cómo los planetas en crecimiento acumulan material, CHEOPS proporcionará información sobre cómo crecen los mundos.
Aunque el modelo de acreción central funciona bien para los planetas terrestres, los gigantes gaseosos habrían tenido que evolucionar rápidamente para agarrar la importante masa de gases más ligeros que contienen. Pero las simulaciones no han podido explicar esta rápida formación. Según los modelos, el proceso lleva varios millones de años, más tiempo que los gases ligeros disponibles en el sistema solar temprano. Al mismo tiempo, el modelo de acreción central enfrenta un problema de migración, ya que es probable que los planetas bebés se disparen en espiral hacia el sol en un corto período de tiempo.
Según una teoría relativamente nueva sobre la inestabilidad del disco, los grupos de polvo y gas se unen temprano en la vida del sistema solar. Con el tiempo, estos grupos se compactan lentamente en un planeta gigante. Estos planetas pueden formarse más rápido que sus rivales de acreción central, a veces en tan solo mil años, lo que les permite atrapar los gases más ligeros que se desvanecen rápidamente. También alcanzan rápidamente una masa estabilizadora de la órbita que les impide marchar hacia el sol.
Según el astrónomo exoplanetario Paul Wilson, si la inestabilidad del disco domina la formación de planetas, debería producir una gran cantidad de mundos a grandes órdenes. Los cuatro planetas gigantes que orbitan a distancias significativas alrededor de la estrella HD 9799 proporcionan evidencia de observación de la inestabilidad del disco. Formalhaut B, un exoplaneta con una órbita de 2.000 años alrededor de su estrella, también podría ser un ejemplo de un mundo formado a través de la inestabilidad del disco, aunque el planeta También podría haber sido expulsado debido a las interacciones con sus vecinos.
El mayor desafío para la acumulación de núcleos es el tiempo: construir gigantes de gas masivos lo suficientemente rápido como para agarrar los componentes más ligeros de su atmósfera. Investigaciones recientes sobre cómo los objetos más pequeños, del tamaño de un guijarro, se fusionaron para construir planetas gigantes hasta 1000 veces más rápido que estudios anteriores.
“Este es el primer modelo que conocemos que comienza con una estructura bastante simple para la nebulosa solar a partir de la cual se forman los planetas, y termina con el sistema de planeta gigante que vemos”, dijo el astrónomo Harold Levison, autor principal del estudio. en el Southwest Research Institute (SwRI).
En 2012, los investigadores Michiel Lambrechts y Anders Johansen de la Universidad de Lund en Suecia propusieron que los guijarros pequeños, una vez descartados, eran la clave para construir rápidamente planetas gigantes.
“Mostraron que las piedras sobrantes de este proceso de formación, que anteriormente se consideraba sin importancia, en realidad podrían ser una gran solución para el problema de formación de planetas”, dijo Levison.
Levison y su equipo se basaron en esa investigación para modelar con mayor precisión cómo las pequeñas piedras podrían formar planetas vistos hoy en la galaxia. Mientras que las simulaciones previas, tanto los objetos grandes como los medianos consumieron a sus primos del tamaño de un guijarro a un ritmo relativamente constante, las simulaciones de Levison sugieren que los objetos más grandes actuaron más como matones, arrebatando guijarros de las masas medianas para crecer mucho más rápido Velocidad.
“Los objetos más grandes ahora tienden a dispersar a los más pequeños más que a los más pequeños, de modo que los más pequeños terminan dispersándose del disco de guijarros”, dijo a Space.com la coautora del estudio Katherine Kretke, también de SwRI. . “El tipo más grande básicamente intimida al más pequeño para que puedan comer todas las piedras ellos mismos, y puedan seguir creciendo para formar los núcleos de los planetas gigantes”.
A medida que los científicos continúen estudiando planetas dentro del sistema solar, así como alrededor de otras estrellas, comprenderán mejor cómo se formaron la Tierra y sus hermanos.
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