Los misteriosos 'muñecos de nieve' del sistema solar exterior y su origen

Más allá de Neptuno, en las heladas profundidades del Cinturón de Kuiper, se encuentran numerosos objetos antiguos que, curiosamente, asemejan gigantescos muñecos de nieve hechos de hielo y roca. Durante años, los científicos se cuestionaron cómo estas delicadas formas de dos lóbulos podían formarse sin que colisiones violentas las desintegraran. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Michigan ha recreado este proceso en una potente nueva simulación, demostrando que un simple colapso gravitacional puede generar estos "muñecos de nieve" cósmicos de manera natural.

El Cinturón de Kuiper es una región distante que se sitúa más allá del turbulento cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, llena de restos congelados de los primeros días del sistema solar. Estos objetos primitivos, conocidos como planetesimales, son bloques de construcción sobrantes de la formación planetaria. Aproximadamente el 10% de ellos se clasifican como binaros de contacto, lo que significa que constan de dos lóbulos conectados que les otorgan una apariencia similar a la de un muñeco de nieve. Hasta hace poco, los científicos no sabían cómo podían desarrollarse estas formas de manera natural.

Simulación innovadora respalda el colapso gravitacional

El estudiante de posgrado Jackson Barnes desarrolló la primera simulación por computadora capaz de producir naturalmente estas estructuras de doble lóbulo a través del colapso gravitacional. Sus hallazgos fueron publicados en el Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Los modelos computacionales anteriores simplificaban los impactos al tratar a los cuerpos en colisión como masas fluidas que se fusionaban en esferas suaves. Esta suposición impedía a los investigadores recrear la distintiva forma en dos partes observada en los binarios de contacto. Utilizando el clúster de computación de alto rendimiento del Instituto para la Investigación Cibernética de la MSU, Barnes creó un entorno digital más realista. En su modelo, los objetos formadores retienen su resistencia estructural, lo que les permite asentarse uno contra otro en lugar de fusionarse en una esfera única.

Algunas explicaciones anteriores se basaban en eventos cósmicos raros o condiciones inusuales. Si bien esos escenarios son posibles, no explicarían fácilmente por qué tales objetos son relativamente comunes. "Si pensamos que el 10% de los planetesimales son binarios de contacto, el proceso que los forma no puede ser raro", afirmó el profesor Seth Jacobson, autor principal del estudio. "El colapso gravitacional encaja perfectamente con lo que hemos observado".

Exploración de la NASA y el Cinturón de Kuiper

Los binarios de contacto ganaron atención cuando la sonda New Horizons de la NASA capturó imágenes de cerca de uno en enero de 2019. Las imágenes llevaron a los científicos a examinar más de cerca otros objetos del Cinturón de Kuiper, revelando que aproximadamente uno de cada diez planetesimales comparte esta forma. En el escasamente poblado Cinturón de Kuiper, estos cuerpos distantes se desplazan con relativamente pocas colisiones, permitiendo que estructuras frágiles sobrevivan.

El Cinturón de Kuiper es un vestigio de los primeros días de la Vía Láctea, cuando la galaxia existía como un disco rotatorio de gas y polvo. Ese material antiguo todavía persiste en esta región, incluyendo planetas enanos como Plutón, cometas y innumerables planetesimales.

Cómo se forman y fusionan los planetesimales

Los planetesimales fueron algunos de los primeros objetos significativos en formarse a partir del disco de polvo y guijarros que rodeaba al joven Sol. De manera similar a cómo los copos de nieve se adhieren para formar una bola de nieve, pequeñas partículas fueron atraídas por la gravedad hacia grupos más grandes. A medida que estas nubes en rotación colapsaban, a veces se dividían en dos cuerpos separados que comenzaban a orbitarse entre sí. Los astrónomos observan frecuentemente tales planetesimales binarios en el Cinturón de Kuiper. En la simulación de Barnes, el par gira gradualmente hacia el interior. En lugar de colisionar violentamente, los dos cuerpos entran en contacto suavemente y se fusionan, preservando sus formas redondeadas y creando la familiar forma de muñeco de nieve.

Por qué los binarios de contacto sobreviven

Una vez unidos, estos objetos pueden permanecer intactos durante miles de millones de años. Según Barnes, su estabilidad a largo plazo proviene de la baja probabilidad de nuevos impactos. En el remoto Cinturón de Kuiper, las colisiones son raras. Sin un choque disruptivo, no hay nada que separe los dos lóbulos. Muchos objetos binarios incluso muestran pocos cráteres.

Aunque los científicos habían sospechado que el colapso gravitacional desempeñaba un papel en la formación de los binarios de contacto, los modelos anteriores carecían de la física detallada necesaria para probar la idea a fondo. El trabajo de Barnes es el primero en incluir los procesos necesarios para recrearlos con éxito. "Podemos probar esta hipótesis por primera vez de una manera legítima", dijo Barnes. "Eso es lo que hace que este trabajo sea tan emocionante".

Barnes considera que el modelo también podría ayudar a los investigadores a estudiar sistemas más complejos que involucren tres o más objetos conectados. El equipo está desarrollando actualmente una simulación mejorada para representar mejor cómo se comportan las nubes en colapso. A medida que las futuras misiones de la NASA continúan explorando regiones distantes del sistema solar, Jacobson y Barnes esperan que se descubran aún más mundos con forma de muñeco de nieve.