¿Dónde Nacieron Júpiter Y Saturno?

Un nuevo trabajo dirigido por Matt Clement de Carnegie revela las probables ubicaciones originales de Saturno y Júpiter. Estos hallazgos refinan nuestra comprensión de las fuerzas que determinaron la arquitectura inusual de nuestro Sistema Solar. Incluye la expulsión de un planeta adicional entre Saturno y Urano, asegurando que solo los planetas pequeños y rocosos, se formaran hacia adentro de Júpiter.

En su juventud, nuestro Sol estaba rodeado por un disco giratorio de gas y polvo del que nacieron los planetas. Se pensó que las órbitas de los planetas formados temprano, inicialmente estaban compactas y circulares. Pero las interacciones gravitacionales entre los objetos más grandes perturbaron la disposición y causaron que los planetas gigantes bebés se reorganizaran rápidamente, creando la configuración actual.

Utilizando modelos para explicar la inusual arquitectura del Sistema Solar

«Ahora sabemos que hay miles de sistemas planetarios solo en nuestra galaxia, la Vía Láctea», dijo Clement. “Pero resulta que la disposición de los planetas en nuestro propio Sistema Solar es muy inusual. Entonces estamos usando modelos para realizar ingeniería inversa y replicar sus procesos formativos. Esto es un poco como tratar de averiguar qué sucedió en un accidente automovilístico después del hecho: qué velocidad tenían los autos, qué direcciones, etc.»

Los modelos revelan algo inesperado

Clement y sus coautores, realizaron 6000 simulaciones de la evolución del Sistema Solar, revelando un detalle inesperado sobre la relación original de Júpiter y Saturno. Los coautores son John Chambers de Carnegie; Sean Raymond , Universidad de Burdeos; Nathan Kaib, Universidad de Oklahoma; Rogerio Deienno, SwRI y André Izidoro, Universidad de Rice.

Se pensaba que Júpiter en su infancia orbitaba al Sol tres veces por cada dos órbitas que completaba Saturno. Pero esta disposición no es capaz de explicar satisfactoriamente la configuración de los planetas gigantes que vemos hoy. Los modelos del equipo mostraron que una proporción de dos órbitas de Júpiter a una órbita de Saturno producía resultados de manera más consistente. Resultados que se parecen a nuestra arquitectura planetaria familiar.

Paisaje de nubes joviano, tomado por la nave espacial Juno de la NASA. 
Créditos de imagen: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Gerald Eichstädt / Seán Doran
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Otras aplicaciones del modelo

“Esto indica que si bien nuestro Sistema Solar es un poco extraño, no siempre fue así”, explicó Clement. Él presentó el trabajo del equipo en la reunión virtual de la División de Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Estadounidense esta semana. “Ahora que hemos establecido la efectividad de este modelo, podemos usarlo para ayudarnos a observar la formación de los planetas terrestres, incluido el nuestro. Quizás también para informar nuestra capacidad de buscar sistemas similares en otros lugares que podrían tener el potencial de albergar vida».

El Cinturón de Kuiper junto a un gigante de hielo, determinaron las posiciones de Urano y Neptuno

El modelo también mostró que las posiciones de Urano y Neptuno fueron formadas por la masa del Cinturón de Kuiper. Ésta es una región helada en los bordes del Sistema Solar compuesta por planetas enanos y planetoides, siendo Plutón el miembro más grande. Pero también por un planeta gigante de hielo que fue expulsado en la infancia del Sistema Solar.

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Este trabajo fue apoyado por las siguientes instituciones:

  • La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
  • El premio CAREER de la NSF.
  • El programa PNP de CNRS.
  • El Equipo Principal del Laboratorio Planetario Virtual del Instituto de Astrobiología de la NASA.
  • El programa SSW de la NASA.
  • NASA.

La mayor parte de la informática para este proyecto se realizó en el Centro de Supercomputación para la Educación y la Investigación de OU. Parte de la computación para este proyecto se realizó en el clúster Memex de Carnegie. Los autores agradecen a la Carnegie Institution for Science y al Carnegie Sci-Comp Committee por proporcionar recursos computacionales y apoyo que contribuyeron a estos resultados. También agradecen al Centro de Computación Avanzada de Texas de la UTAustinTX por proporcionar recursos de HPC, visualización, base de datos o cuadrículas para esta investigación.

Fuente: Carnegie Institution for Science , Earth and Planets Laboratory.

Artículo original: «Where Were Jupiter And Saturn Born?«

Material relacionado:

Muchos planetas grandes como júpiter y aún mayores, se han encontrado cerca de sus estrellas. Sin embargo, no son tan útiles para aprender sobre la arquitectura de nuestro propio Sistema Solar, donde los planetas gigantes, como Saturno, Urano y Neptuno, están todos más alejados del Sol. Los grandes planetas lejos de sus estrellas han sido, hasta ahora, más difíciles de encontrar.

Un estudio recientemente publicado en Astronomical Journal detalla cómo un equipo de investigación encontró el éxito en un enfoque novedoso que combina métodos de detección tradicionales con las últimas tecnologías:

Una recopilación de los resultados de la Misión Kepler y Kepler 2 (K2), conteniendo una cantidad de artículos sobre el tema, señalando lo raro que es nuestro Sistema Solar entre los sistemas planetarios descubiertos se enuentra en:

Sobre la rareza del Sistema Solar y su relación con los métodos de detección de exoplanetas.

Un diagrama de período de masa. Cada punto marca la masa y el período orbital de un exoplaneta confirmado. 
Crédito: Stefano Meschiari.

La arquitectura de nuestro Sistema Solar es rara en comparación a lo que se ha observado en otros sistemas estelares hasta la fecha. Este resultado tiene un sesgo debido al procedimiento de detección, ya que los planetas grandes tipo Júpiter, cercanos a su estrella anfitriona (llamados Júpiters calientes) son más fáciles de detectar que los que se encuentran en ubicaciones lejanas respecto de su estrella; lo mismo vale para los planetas rocosos. Justamente eso es lo que se ha observado, como lo explican los dos artículos siguientes:

Subiendo un escalón. Kepler 90, que anteriormente compartía el puesto de subcampeón con TRAPPIST-1, ahora está vinculado con nuestro Sistema Solar como las familias planetarias con más miembros.
Crédito: Wendy Stenzel / NASA / Ames Research Center.

En línea con la explicación anterior, la otra rareza del Sistema Solar es su gran número de planetas, respecto a los observados en otros sistemas extrasolares:

Cómo las rocas lunares traídas por Apollo nos cuentan algo de la historia del Sistema Solar

Neil Armstrong tomó esta foto del Módulo Lunar visto de espaldas, mientras regresaba del west crater. Procesado de un escaneo de la FOTO ID as11- 40-5962 de la NASA, por la Asociación de Universidades de Investigación Espacial.

Las muestras lunares insinuaron un aluvión de escombros que azotaron a los planetas hace miles de millones de años. Cincuenta años después del Apolo 11, esa historia aún se está desarrollando. 

Evidencia de una sacudida temprana en el Sistema Solar

Esta animación muestra cómo el par de asteroides Patroclus-Menoetius orbita uno alrededor del otro mientras giran alrededor del Sol en tándem con Júpiter. Los científicos del SwRI postulan que una sacudida gigante del planeta debe haber ocurrido al principio de la historia del Sistema Solar, porque el binario quedó atrapado intacto por los enjambres de asteroides troyanos. 
Crédito imagen: Durda / Marchi / SwRI.

Científicos del Instituto de Investigación del Suroeste (Southwest Research Institute, SwRI) estudiaron un par inusual de asteroides y descubrieron que su existencia apunta a una reorganización planetaria temprana en nuestro Sistema Solar.

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