hace aproximadamente 4.5 mil millones de años, la gravedad juntó una nube de polvo y gas para formar nuestro sistema solar. Si bien los científicos no están seguros de la naturaleza exacta del proceso, las observaciones de sistemas estelares jóvenes combinadas con simulaciones por computadora les han permitido desarrollar tres modelos de lo que podría haber sucedido hace tantos años.
nacimiento del sol
una concentración masiva de gas interestelar y polvo creó una nube molecular que formaría el lugar de nacimiento del sol., Las temperaturas frías hicieron que el gas se aglutinara, creciendo cada vez más denso. Las partes más densas de la nube comenzaron a colapsar bajo su propia gravedad, formando una gran cantidad de objetos estelares jóvenes conocidos como protoestrellas. La gravedad continuó colapsando el material sobre el objeto infantil, creando una estrella y un disco de material a partir del cual se formarían los planetas. Cuando la fusión comenzó, la estrella comenzó a soplar un viento estelar que ayudó a despejar los escombros y evitó que cayera hacia adentro.,
aunque el gas y el polvo envuelven a las estrellas jóvenes en longitudes de onda visibles, los telescopios infrarrojos han sondeado muchas de las nubes de la Vía Láctea para revelar el entorno natal de otras estrellas. Los científicos han aplicado lo que han visto en otros sistemas a nuestra propia estrella.
después de que el sol se formó, un disco masivo de material lo rodeó durante alrededor de 100 millones de años. Eso puede sonar como tiempo más que suficiente para que los planetas se formen, pero en términos astronómicos, es un parpadeo., A medida que el sol recién nacido calentaba el disco, el gas se evaporaba rápidamente, dando a los planetas y lunas recién nacidos solo un corto período de tiempo para recogerlo.
modelos de formación
Los científicos han desarrollado tres modelos diferentes para explicar cómo los planetas dentro y fuera del sistema solar pueden haberse formado. El primer modelo y más ampliamente aceptado, la acreción del núcleo, funciona bien con la formación de los planetas terrestres rocosos, pero tiene problemas con los planetas gigantes. El segundo, la acreción de guijarros, podría permitir que los planetas se formen rápidamente a partir de los materiales más pequeños., El tercero, el método de inestabilidad de disco, puede explicar la creación de planetas gigantes.
El modelo de acreción del núcleo
Aproximadamente 4.6 mil 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 agruparse. Las partículas pequeñas se juntaron, unidas por la fuerza de la gravedad, en partículas más grandes., El viento solar barrió los elementos más ligeros, como el hidrógeno y el helio, de las regiones más cercanas, dejando solo materiales pesados y rocosos para crear mundos terrestres. Pero más lejos, los vientos solares tuvieron menos impacto en los elementos más ligeros, lo que les permitió fusionarse en gigantes gaseosos. De esta manera, se crearon asteroides, cometas, planetas y lunas.
Algunas observaciones de exoplanetas parecen confirmar la acreción 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 orbitando la estrella similar al sol HD 149026 es un ejemplo de un exoplaneta que ayudó a fortalecer el caso de la acreción del núcleo.,
«Esta es una confirmación de la teoría de acreción central 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 el oscurecimiento de la estrella.
en 2017, La Agencia Espacial Europea tiene previsto lanzar el satélite CHaracterising ExOPlanet Satellite (CHEOPS), que estudiará exoplanetas de tamaños que van desde las súper Tierras hasta Neptuno. El estudio de estos mundos distantes puede ayudar a determinar cómo se formaron los planetas en el sistema solar.,
«en el escenario de acreción del núcleo, el núcleo de un planeta debe alcanzar una masa crítica antes de poder acumular gas de manera descontrolada», dijo el equipo de Keops. «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, Keops proporcionará información sobre cómo crecen los mundos.
el modelo de inestabilidad del disco
pero la necesidad de una formación rápida para los planetas gaseosos gigantes es uno de los problemas de acreción del núcleo., Según los modelos, el proceso tarda varios millones de años, más de lo que los gases ligeros estaban disponibles en el sistema solar temprano. Al mismo tiempo, el modelo de acreción del núcleo enfrenta un problema de migración, ya que es probable que los planetas bebés caigan en espiral hacia el sol en un corto período de tiempo.
«Los planetas gigantes se forman muy rápido, en unos pocos millones de años», dijo Kevin Walsh, investigador del Southwest Research Institute (SwRI) en Boulder, Colorado Space.com. » eso crea un límite de tiempo porque el disco de gas alrededor del sol solo dura de 4 a 5 millones de años.,»
de acuerdo con una teoría relativamente nueva, la inestabilidad del disco, los grupos de polvo y gas se unen a principios de 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 del núcleo, a veces en tan solo 1.000 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.,
a medida que los científicos continúen estudiando los planetas dentro del sistema solar, así como alrededor de otras estrellas, comprenderán mejor cómo se formaron los gigantes gaseosos.
acreción de guijarros
el mayor desafío para la acreción de núcleos es construir gigantes gaseosos masivos lo suficientemente rápido como para agarrar los componentes más livianos de su atmósfera. Investigaciones recientes probaron cómo los objetos más pequeños, del tamaño de guijarros se fusionaron para construir planetas gigantes hasta 1,000 veces más rápido que los estudios anteriores.,
«Este es el primer modelo que conocemos que comienza con una estructura bastante simple para la nebulosa solar de la que se forman los planetas, y termina con el sistema de planetas gigantes que vemos», dijo el autor principal del estudio Harold Levison, astrónomo de SwRI Space.com en 2015.
en 2012, los investigadores Michiel Lambrechts y Anders Johansen de la Universidad de Lund en Suecia propusieron que los pequeños guijarros, una vez descartados, eran la clave para construir rápidamente planetas gigantes.,
«mostraron que los guijarros sobrantes de este proceso de formación, que anteriormente se pensaba que no eran importantes, en realidad podrían ser una gran solución al problema de la formación de planetas», dijo Levison.
Levison y su equipo se basaron en esa investigación para modelar con mayor precisión cómo los pequeños guijarros podrían formar planetas que se ven en la galaxia hoy en día., Mientras que las simulaciones anteriores, tanto los objetos grandes como los de tamaño mediano consumían a sus primos del tamaño de guijarros a un ritmo relativamente constante, las simulaciones de Levison sugieren que los objetos más grandes actuaban más como matones, arrebatando guijarros de las masas de tamaño mediano para crecer a un ritmo mucho más rápido.
«los objetos más grandes ahora tienden a dispersar los más pequeños más que los más pequeños los dispersan de nuevo, por lo que los más pequeños terminan dispersándose fuera del disco de guijarros», dijo la coautora del estudio Katherine Kretke, también de SwRI Space.com., «El tipo más grande básicamente intimida al más pequeño para que puedan comer Todos los guijarros ellos mismos, y puedan continuar creciendo para formar los núcleos de los planetas gigantes.»
un buen modelo
originalmente, los científicos pensaban que los planetas se formaron en la misma parte del sistema solar en la que residen hoy en día. El descubrimiento de exoplanetas sacudió las cosas, revelando que al menos algunos de los objetos más masivos podrían migrar.,
en 2005, un trío de artículos publicados en la revista Nature propuso que los planetas gigantes estaban unidos en órbitas casi circulares mucho más compactas de lo que son hoy en día. Un gran disco de rocas y hielos los rodeaba, extendiéndose hasta unas 35 veces la distancia tierra-sol, justo más allá de la órbita actual de Neptuno. Llamaron a esto el modelo de Niza, por la ciudad en Francia donde lo discutieron por primera vez.
a medida que los planetas interactuaban con los cuerpos más pequeños, dispersaron la mayoría de ellos hacia el sol., El proceso hizo que intercambiaran energía con los objetos, enviando a Saturno, Neptuno y Urano más lejos en el sistema solar. Finalmente, los pequeños objetos llegaron a Júpiter, que los envió volando al borde del sistema solar o completamente fuera de él.
El movimiento entre Júpiter y Saturno condujo a Urano y Neptuno a órbitas aún más excéntricas, enviando al par a través del disco restante de hielos. Parte del material fue arrojado hacia adentro, donde se estrelló contra los planetas terrestres durante el intenso bombardeo tardío. Otro material fue lanzado hacia afuera, creando el cinturón de Kuiper.,
a medida que se movían lentamente hacia afuera, Neptuno y Urano intercambiaron lugares. Eventualmente, las interacciones con los restos restantes causaron que la pareja se asentara en caminos más circulares a medida que alcanzaban su distancia actual del sol.
en el camino, es posible que uno o incluso dos planetas gigantes fueron expulsados del sistema. El astrónomo David Nesvorny de SwRI ha modelado el sistema solar temprano en busca de pistas que podrían conducir hacia la comprensión de su historia temprana.,
«en los primeros días, el sistema solar era muy diferente, con muchos más planetas, tal vez tan masivos como Neptuno, formándose y dispersándose a diferentes lugares», dijo Nesvorny Space.com
recolectores de agua
el sistema solar no concluyó su proceso de formación después de que los planetas se formaron. La tierra se destaca de los planetas debido a su alto contenido de agua, que muchos científicos sospechan que contribuyó a la evolución de la vida., Pero la ubicación actual del planeta era demasiado cálida para recoger agua en el sistema solar temprano, lo que sugiere que el líquido que da vida puede haber sido entregado después de que se cultivó.
pero los científicos todavía no conocen la fuente de esa agua. Originalmente, sospechaban de cometas, pero varias misiones, incluyendo seis que volaron por el cometa Halley en la década de 1980 y el más reciente satélite Rosetta de la Agencia Espacial Europea, revelaron que la composición del material helado de las afueras del sistema solar no coincidía del todo con la de la Tierra.,
el cinturón de asteroides es otra fuente potencial de agua. Varios meteoritos han mostrado evidencia de alteración, cambios realizados temprano en sus vidas que sugieren que el agua en alguna forma interactuó con su superficie. Los impactos de meteoritos podrían ser otra fuente de agua para el planeta.
recientemente, algunos científicos han cuestionado la noción de que la Tierra primitiva era demasiado caliente para recoger agua. Argumentan que, si el planeta se formó lo suficientemente rápido, podría haber recogido el agua necesaria de los granos helados antes de que se evaporaran.,
mientras la Tierra se aferraba a su agua, Venus y Marte probablemente habrían estado expuestos al líquido importante de la misma manera. Sin embargo, el aumento de las temperaturas en Venus y la evaporación de la atmósfera en Marte les impidió retener su agua, lo que resultó en los planetas secos que conocemos hoy en día.