El Sofista

La génesis caótica de los planetas

Un artículo del Scientific American de Douglas N. C. Lin y publicado el 12 de mayo de 2008, en el que se presenta una actualización de la teoría más plausible de la formación planetaria: durante mucho tiempo ésta había sido considerada como una majestuosa procesión hacia un final anunciado y ahora, en cambio, es vista como una formación asombrosamente caótica.

El artículo completo es largo, así que lo iré subiendo a medida que lo vaya traduciendo.

Conceptos claves:

• Hace apenas una década los científicos que estudiaban la formación planetaria tenían que basar sus teorías en un único ejemplo: nuestro Sistema Solar. Ahora cuentan con docenas de sistemas maduros y docenas más luchando por nacer. No hay dos iguales.
  
• La idea básica detrás de la teoría principal de la formación planetaria —minúsculos granos se agrupan y barren con el gas— disimula numerosos niveles de complejidad. Una interacción caótica entre mecanismos competitivos conduce a una enorme diversidad de resultados.

Aunque los planetas son, en términos cósmicos, meros desperdicios —insignificantes en el gran relato de la expansión celestial— también son la clase de objetos más diversa e intrincada del universo. Ningún otro cuerpo celeste permite una interacción tan compleja entre procesos astronómicos, geológicos, químicos y biológicos. Ningún otro lugar del cosmos podría albergar vida como la conocemos. Los mundos del Sistema Solar son muy variados e incluso éstos no nos prepararon para los descubrimientos de la década pasada, durante la cual los astrónomos encontraron más de 200 planetas.

La aguda diversidad de la masa, tamaño, composición y órbitas de estos cuerpos es un desafío para los que queremos penetrar en sus orígenes. Cuando cursaba mis estudios de postgrado en los '70, tendíamos a pensar en la formación de los planetas como un proceso determinístico y bien ordenado —una línea de ensamblado que convertía discos amorfos de gas y polvo en copias del Sistema Solar—. Ahora nos damos cuenta de que el proceso es caótico y con diferentes resultados para cada sistema. Los mundos emergentes son los sobrevivientes de una vorágine de mecanismos competitivos de creación y destrucción. Muchos son despedazados, arrojados en el fuego de la estrella recién nacida de su sistema o expulsado al espacio interestelar. Hace mucho tiempo nuestra propia Tierra pudo haber perdido hermanos que ahora vagan por entre la oscuridad del vacío.

El estudio de la formación planetaria se ubica en la intersección de la astrofísica, la ciencia planetaria, la mecánica estadística y la dinámica no lineal. En sentido amplio, los científicos planetarios desarrollaron dos teorías principales. El escenario de acreción secuencial sostiene que minúsculos granos de polvo se agruparon para formar trozos sólidos de roca, los que atrajeron enormes cantidades de gas, convirtiéndose en gigantes gaseosos como Júpiter, o no lo hicieron y se convirtieron en planetas rocosos como la Tierra. La mayor desventaja de esta hipótesis es que la lentitud del proceso permite que el gas pueda dispersarse antes de tiempo.

La hipótesis alternativa, el escenario de inestabilidad gravitacional, sostiene que nubes gigantes de gas tomaron forma súbitamente a medida que el disco prenatal de gas y polvo se disolvió —un proceso que repite, a una escala menor, la formación de las estrellas—. Esta hipótesis es discutida porque supone la existencia de condiciones muy inestables, que podrían ser inalcanzables. Por otra parte, los astrónomos descubrieron que los planetas más pesados y las estrellas más livianas están separados por un "desierto": son escasos los cuerpos intermedios. La separación implica que los planetas no son simplemente estrellas pequeñas sino que tienen un origen totalmente diferente.

Aunque los investigadores no han resuelto la controversia, la mayoría de ellos considera que la hipótesis de la acreción secuencial es la más plausible de las dos. A continuación me concentraré en esta hipótesis.


1. Colapsa una nube interestelar
Tiempo: 0 (punto de partida de la secuencia de formación planetaria)

El Sistema Solar pertenece a una galaxia con unos 100 mil millones de estrellas inextricablemente unidas con nubes de gas y polvo, muchas de las cuales son restos de generaciones anteriores de estrellas. "Polvo", en este contexto, significa simplemente motas microscópicas de hielo de agua, hierro y otras substancias sólidas que condensan en las frías capas exteriores de las estrellas y fueron expulsadas al espacio interestelar. Cuando las nubes son los suficientemente frías y densas, pueden colapsar bajo la fuerza de la gravedad para formar cúmulos de estrellas, un proceso que toma entre 100 mil y varios millones de años [véase Fountains of Youth: Early Days in the Life of a Star, de Thomas P. Ray; Scientific American, agosto 2000].

Alrededor de cada estrella hay un disco rotatorio de materia remanente, los recursos para formar planetas. Los discos nuevamente formados contienen en su mayor parte hidrógeno y gas de helio. En sus cálidas y densas regiones interiores, los granos de polvo se vaporizan; en las frías y tenues regiones exteriores, las partículas de polvo sobreviven y crecen a medida que el vapor condensa sobre ellas.

Los astrónomos han descubierto muchas estrellas jóvenes rodeadas de tales discos. Las estrellas entre uno y tres millones de años tienen discos ricos en gas, mientras que las mayores a 10 millones de años tienen discos exiguos y pobres en gas: éste fue expulsado por la estrella recién nacida o por las brillantes estrellas del vecindario. Este lapso de tiempo delinea la era de la formación planetaria. La masa de elementos pesados en estos discos es aproximadamente comparable con la masa de elementos pesados en los planetas del Sistema Solar, lo que proporciona un firme indicio de que los planetas surgieron de tales discos (en la imagen).

Punto final: La estrella recién nacida está rodeada por gas y granos de polvo del tamaño de un micrón.

Continuar a la segunda parte.

escrito por el sofista @ lunes, mayo 12, 2008