Descubren una gigantesca 'fábrica de planetas' más allá de Júpiter

Hace aproximadamente 4.6 mil millones de años, el joven Sol estaba rodeado por un enorme disco de gas y polvo. Con el tiempo, pequeños granos de polvo colisionaron y se unieron, formando cuerpos rocosos más grandes conocidos como planetesimales, los bloques de construcción de planetas y asteroides. Sin embargo, los científicos creyeron que este proceso fue bastante complejo. Diferentes regiones del temprano Sistema Solar evolucionaron bajo condiciones muy distintas, y múltiples etapas de formación planetaria pudieron haber ocurrido simultáneamente.

Investigadores del Instituto Max Planck de Investigación del Sistema Solar (MPS) en Alemania afirmaron haber identificado una de las regiones más importantes para la formación de planetas en el Sistema Solar. Según un nuevo estudio publicado en The Astrophysical Journal, un área en forma de anillo justo más allá de la órbita de Júpiter actuó como un eficiente y versátil "criadero" de planetesimales.

Utilizando simulaciones por computadora, el equipo encontró que esta región produjo planetesimales con composiciones muy diferentes durante un período de aproximadamente dos millones de años. La investigadora Joanna Drazkowska, líder del Grupo Lise Meitner sobre formación planetaria, comentó: "Diferentes tipos de planetesimales aparentemente se formaron en la misma región del disco de polvo y gas temprano, solo en diferentes momentos. La región justo fuera de la órbita de Júpiter ofreció condiciones excelentes para esto".

Cómo Júpiter creó una trampa de polvo cósmico

El estudio se centró en un período de entre dos y cuatro millones de años después de la formación del Sistema Solar. Para entonces, Júpiter ya había acumulado la mayor parte del material cercano a su órbita, creando un vacío en el disco circundante de gas y polvo. Los científicos creen que este proceso también creó un anillo de mayor presión de gas justo más allá de Júpiter. Esa presión atrapó grandes cantidades de polvo, permitiendo que pequeños grupos conocidos como "piedras" se acumularan allí. Estudios anteriores ya habían sugerido que tales "trampas de polvo" podrían ayudar a formar planetesimales rápidamente durante las etapas tempranas del Sistema Solar.

Lo que permanecía poco claro era si estas trampas de polvo podrían continuar produciendo tipos muy diferentes de cuerpos durante largos períodos de tiempo. Las nuevas simulaciones sugieren que sí podrían hacerlo.

Los investigadores mostraron que diversas poblaciones de planetesimales probablemente se formaron en esta misma región durante millones de años. Sus hallazgos también conectaron estos objetos simulados con grupos conocidos de meteoritos encontrados en la Tierra. El director del MPS y cosmochemista Thorsten Kleine afirmó: "Por primera vez, hemos logrado reproducir con precisión los resultados de estudios de laboratorio de meteoritos utilizando simulaciones por computadora del temprano Sistema Solar. Los meteoritos sirven, por así decirlo, como un punto de referencia para las teorías de formación planetaria".

Los meteoritos preservan pistas sobre el pasado del Sistema Solar

Los meteoritos son fragmentos de roca espacial que sobreviven su viaje a través de la atmósfera de la Tierra y aterrizan en la superficie del planeta. Muchos se cree que son piezas de planetesimales antiguos que han cambiado muy poco desde los primeros días del Sistema Solar. Los investigadores se centraron especialmente en los condritas carbonáceos, un tipo de meteorito rico en carbono. Estudios de laboratorio sugieren que estos meteoritos se formaron más allá de Júpiter durante el mismo período explorado en las simulaciones.

Los científicos dividen los condritas carbonáceos en seis grupos basados en su edad y composición. Algunos son frágiles y están compuestos mayormente de material fino, mientras que otros son más fuertes y contienen inclusiones visibles incrustadas dentro del material más fino. En las nuevas simulaciones, esos dos componentes coincidieron con dos tipos de materia que se cree que existieron en el temprano Sistema Solar. Uno consistió en material frágil y polvoriento, mientras que el otro estaba compuesto por grumos más resistentes que se formaron muy temprano en regiones más cálidas antes de dispersarse por todo el disco.

Simulaciones revelan múltiples generaciones de rocas espaciales

Los modelos del equipo rastrearon tanto colisiones de partículas microscópicas como movimientos a gran escala a través del enorme disco de gas. Las partículas podían romperse, unirse, derivar hacia el Sol o quedar atrapadas en ciertas regiones. Las simulaciones mostraron que Júpiter actuó como una barrera más fuerte para partículas más grandes y resistentes que para pequeños granos de polvo. Al mismo tiempo, la formación de nuevos planetesimales consumió constantemente parte del material disponible.

A medida que pasaron millones de años, estos efectos combinados causaron que los dos tipos de material se acumularan en diferentes proporciones más allá de la órbita de Júpiter. Ese equilibrio cambiante finalmente llevó a la formación de generaciones claramente distintas de planetesimales. Durante los primeros 500,000 años, la cantidad de material quebradizo disminuyó antes de aumentar nuevamente durante el siguiente millón de años. Más tarde, aparecieron dos poblaciones separadas de planetesimales, una compuesta principalmente de material frágil y otra dominada por materia más estable.

Con base en sus resultados, los investigadores sospechan que tipos de meteoritos adicionales, además de los condritas carbonáceos, también pudieron haberse formado en la misma trampa de polvo durante etapas aún más tempranas de la historia del Sistema Solar. Joanna Drazkowska concluyó: "Hay evidencia sólida de que las trampas de polvo fueron el lugar de nacimiento preferido de los planetesimales en nuestro Sistema Solar".