Cuando nuestro Sol se formó, deglutió casi toda la nube de desechos a su alrededor. El resto fue esculpido por la gravedad en forma de disco de gas y polvo alrededor de la recién nacida estrella. Los granos de polvo en órbita alrededor del Sol, colisionaron y progresivamente formaron cuerpos mayores. En la parte más interna del disco, la combustión de hidrógeno en el Sol hacía las cosas muy calientes, por lo que sólo los metales y minerales de silicio con altos puntos de fusión estaban presente en forma sólida. Los cuerpos en esta región sólo podían alcanzar un cierto tamaño, produciendo los cuatro planetas rocosos del sistema solar interior:Mercurio, Venus, Tierra y Marte.
Más allá de esta zona, sin estas rigurosas limitaciones, el metano y el agua se podían presentar también como sólidos. Aquí, los planetas en desarrollo podían crecer más y ser suficientemente grandes para comenzar a acretar moléculas de gas -hidrógeno principalmente- antes de que la energía del Sol las rompiera. Así, finalmente, fue como se crearon los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno y más allá en climas todavía más fríos, los gigantes de hielo Urano y Neptuno.
Hasta ahora, todo parece muy simple. Pero cuando se comienza a detallar el proceso, el modelo de acreción es bastante flojo, dice Alessandro Morbidelli del Observatorio Côte d'Azur, Francia. Para empezar, nadie sabe exactamente cómo las pequeñas rocas logran formar cuerpos mucho más grandes. Los objetos pequeños habrían recibido la presión del gas a su alrededor y los habría enviado hacia el Sol antes de que pudieran formar cuerpos mayores. Una propuesta reciente es la posibilidad de que regiones de turbulencia en el gas produjera vórtices de baja presión en los que las rocas podrían haberse reunido y fusionado.
Un problema similar afecta a los gigantes gaseosos, cuyos sólidos núcleos debieron fundirse en la presencia de gas que luego acretarían. El riesgo de que esos planetas sean empujados hacia el Sol es ilustrado por los "Júpiters calientes" vistos en otros sistemas planetarios. Se trata de planetas de tamaño similar a Júpiter pero orbitando a sus estrellas a una distancia como la de la Tierra o más cercana.
Cómo crear un sistema solar
Un esquema de cómo se piensa que se forma un sistema solar como el nuestro, pero sólo la comparación con otros sistemas podrá indicar si este modelo es universal.4.5 mil millones de años atrás, un área de gas y polvo en la Vía Láctea comenzó a condensarse, colapsando bajo su propio peso.
El resultado fue un fino disco de material en rotación. En el centro, donde se concentró la mayor parte de la masa, frecuentes colisiones causaron que la materia se calentara.
Dentro de los 50 millones de años, la temperatura y presión en el centro fue suficientemente grande para que comience la fusión del hidrógeno:nació el Sol.
A los 100 millones de años, la acreción de cuerpos menores creó en gran medida los planetas que conocemos, rodeados de un anillo de material helado. Las órbitas precisas de los planetas se desconocen.
Varios cientos de millones de años: una interacción de Júpiter con Saturno causó que Urano y Neptuno migren hacia el exterior, disparando material del anillo en todas direcciones. Algunos cuerpos bombardearon los planetas interiores, otros fueron eyectados para formar la Nube de Oort y los restantes formaron el Cinturón de Kuiper.
De acuerdo a una teoría de Morbidelli y colegas, el sistema solar tuvo una reconfiguración. Es generalmente aceptado que el proceso de formación de planetas, que comenzó hace 4.6 mil millones de años, no habría tomado más de 10 millones de años. Pero las muestras de rocas lunares traídas por las misiones Apolo indican que las rocas se formaron al mismo tiempo, cientos de millones de años luego del nacimiento de los planetas.La explicación convencional es que luego de que el sistema solar se calmó, tuvo una breve pero violenta época, a veces denominada "cataclismo lunar" o "bombardeo tardío". Unos 700 millones de años luego de la formación de los planetas, la luna y los planetas interiores fueron golpeados por ondas que destruyeron sus superficies. ¿Porqué habría ocurrido este bombardeo?Se propusieron muchas hipótesis pero, hasta recientemente, nadie explicó el origen del evento en detalle y de acuerdo a las observaciones, como la forma de las órbitas de los planetas gigantes o las trayectorias de los objetos más allá de Neptuno.
Un paso hacia la respuesta fue dado en 1993 cuando en la Universidad de Arizona, Renu Malhotra estudió la posibilidad de la migración planetaria. Malhotra usó modelos computacionales del sistema solar para argumentar que Urano y Neptuno podrían haberse formado en órbitas mucho más cercanas al Sol y que su posterior migración podría explicar la rara órbita de Plutón. (Ver "Urano y Neptuno habrían cambiado de lugar"). Más tarde, otros investigadores comenzaron a preguntarse si esas migraciones podrían haber generado el bombardeo tardío.
El temprano sistema solar
De acuerdo al Modelo de Niza, los planetas no están donde solían, en el sistema solar temprano. Su dramática y violenta migración dio forma a lo que conocemos actualmente.
Regla en miles de millones de años
El Sol se formó aprox. hace 4.6 mil millones de años
El Sol se formó aprox. hace 4.6 mil millones de años
Aprox. 100 millones de años luego de la formación del SolJúpiter migra hacia dentro mientras los demás planetas migran hacia fuera.
Aprox. 700 millones de años :Júpiter alcanza una resonancia especial con Saturno, disparando a Neptuno y Urano hacia el anillo de planetesimales...
Aprox. 705 millones de años:...que son disparados en todas direcciones, incluyendo el sistema solar interno, causando el "bombardeo tardío"
Aprox. 900 millones de añosLos planetas se establecen en sus actuales órbitas y los remanentes de los planetesimales forman el Cinturón de Kuiper.
En 2002 Morbidelli y colegas formaron un grupo que produciría lo que se conoce como el "Modelo de Niza". El grupo realizó detallas simulaciones de los primeros cientos de millones de años del sistema solar, tomando como punto de partida planetas apenas formados alrededor de un anillo de desechos. En las simulaciones, los dos mayores planetas, Júpiter y Saturno, tiraban un poco de cada uno cada vez que sus órbitas se acercaban, pero en total, estos tirones gravitacionales se cancelaban mutuamente. Sin embargo, cuando Júpiter orbitaba al sol exactamente dos veces por cada una de Saturno -una "resonancia" dos a uno- el máximo acercamiento ocurría en el mismo punto en cada una de sus órbitas y, en vez de cancelarse, estos tirones trabajaban en la misma dirección, formando órbitas elípticas elongadas. Esto, a su vez, alteraba las órbitas de Urano y Neptuno. Las resonancias son comunes en la dinámica planetaria. Como un niño en un columpio que recibe un gentil empujón en el punto correcto para subir más y más, esta resonancia particular daba un empujón a las órbitas de Urano y Neptuno cada vez que estaban cerca de los planetas gigantes. De a poco, las simulaciones mostraban que sus órbitas se hacían más largas y más elípticas. Esto los llevó al enjambre de planetesimales que, a su vez, por la gravedad de los gigantes fueron expulsados o bien atraídos hacia el sol. En el proceso, los planetesimales bombardearon a los planetas interiores y sus lunas.
Para que los tiempos concuerden, el grupo encontró crucial disponer el anillo de desechos entre las órbitas de Saturno y Neptuno y así, corregir el tamaño del disco inicial. El modelo, de esta forma, estaría de acuerdo a la configuración actual del sistema, incluyendo los asteorides conocidos como Troyanos.
Sin embargo, muchos científicos no están convencidos del modelo, principalemnte por su tamaño. El modelo de Niza, para funcionar, debe tener un disco de desechos de unas 30 unidades astronómicas para concordar con las actuales observaciones.Se han observado discos alrededor de muchas estrellas jóvenes -como Beta Pictoris- y su tamaño no concuerda.
"Vemos discos de 100, 200, 300 unidades astronómicas. Raramente vemos discos de 30 UA", señala Scott Kenyon del Centro Harvard-Smithsonian.
El modelo de Niza, empero, permite explicar muchas de las características del sistema solar actual, incluyendo el Cinturón de Kuiper y las raras formas de las órbitas de Júpiter y Saturno. Sin dudas, el modelo, aunque deba ser corregido, ha sentado un nuevo estándar que podrá ser mejorado y ampliado en futuras investigaciones.
Fuentes y links relacionados:
New Scientist: Unknown solar system 1: How was the solar system built?, por Richard Webb
New Scientist: The solar system, but not as we know it, por David L Chandler
New Scientist: The solar system, but not as we know it, por David L Chandler
Sky and Telescope:
Chaos in the Early Solar SystemIncluye un video (mov) que ilustra cómo los millones de planetesimales modificaron las órbitas de los planetas exteriores.
Origin of the orbital architecture of the giant planets of the Solar SystemTsiganis, K.; Gomes, R.; Morbidelli, A.; Levison, H. F.Nature, Volume 435, Issue 7041, pp. 459-461 (2005).DOI:10.1038/nature03539
Chaotic capture of Jupiter's Trojan asteroids in the early Solar System A. Morbidelli, H. F. Levison, K. Tsiganis and R. GomesNature, Volume 435, Issue 7041,p462doi: 10.1038/nature03540
Origin of the orbital architecture of the giant planets of the Solar SystemTsiganis, K.; Gomes, R.; Morbidelli, A.; Levison, H. F.Nature, Volume 435, Issue 7041, pp. 459-461 (2005).DOI:10.1038/nature03539
Chaotic capture of Jupiter's Trojan asteroids in the early Solar System A. Morbidelli, H. F. Levison, K. Tsiganis and R. GomesNature, Volume 435, Issue 7041,p462doi: 10.1038/nature03540
Origin of the cataclysmic Late Heavy Bombardment period of the terrestrial planetsR. Gomes, H. F. Levison, K. Tsiganis and A. MorbidelliNature, Volume 435, Issue 7041,p466doi: 10.1038/nature03676
Sobre las imágenesImagen superior:
ILustración del sistema solar
Gráfico: Cómo crear un sistema solar
Gráfico: El temprano sistema solar
Crédito: New ScientistCaptura de Video:Sky and Telescope. R. Gomes et al.
Esta "Siberia cósmica" es conocida como Nube de Oort, en honor al astrónomo holandés Jan Oort, que propuso su existencia en 1950. Esta difusa esfera de material nunca ha sido vista. Y si buscar el planeta X es difícil, la búsqueda de la Nube de Oort es una pesadilla. Se encontraría muy lejos, sería muy difusa y sus piezas demasiado pequeñas para ser vista por los telescopios.
Hasta ahora, la única información proviene de los perdidos cometas y los objetos más grandes del Cinturón, que deberían tener una composición similar. "Es como tratar de saber cómo es una ballena al mirar su orificio nasal y la punta de una aleta", señala Hal Levison, científico planetario del Southwest Research Institute.
