Durante décadas, los astrónomos han tratado de comprender por qué tantos cuerpos helados en el sistema solar exterior son como muñecos de nieve, dos cuerpos esféricos unidos. Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan ahora presentan evidencia que apunta a un mecanismo sorprendentemente simple que puede explicar cómo se forman estas formas inusuales.
Más allá del turbulento cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter se encuentra el Cinturón de Kuiper, una región distante del pasado de Neptuno llena de restos congelados del sistema solar primitivo. Estos objetos primitivos, conocidos como planetesimales, son los componentes básicos que quedan de la formación de los planetas. Alrededor del 10 por ciento de ellos están clasificados como binarios en contacto, lo que significa que constan de dos lóbulos conectados que les dan una apariencia de muñeco de nieve. Hasta hace poco, los científicos no sabían cómo podían desarrollarse de forma natural estas variantes.
Nuevas simulaciones apoyan el colapso gravitacional
Jackson Burns, un estudiante de posgrado de MSU, creó las primeras simulaciones por computadora capaces de crear esta estructura de doble lóbulo mediante un colapso gravitacional natural. Sus resultados se publican Boletín mensual de la Real Sociedad Astronómica.
Los modelos informáticos anteriores simplificaron los efectos al tratar los cuerpos en colisión como si fueran masas fluidas que se condensan en esferas suaves. Esta suposición impide a los investigadores recrear la forma distintiva de dos partes que se ve en los binarios que se comunican. Utilizando clústeres informáticos de alto rendimiento en el Instituto de Investigación Cibernética (ICER) de MSU, Burns creó un entorno digital más realista. En su modelo, los objetos formados conservan su fuerza estructural, lo que les permite asentarse unos contra otros en lugar de fusionarse en una sola esfera.
Algunas explicaciones anteriores dependen de eventos cósmicos raros o condiciones inusuales. Aunque estos escenarios son posibles, no explican fácilmente por qué tales objetos son relativamente comunes.
“Si asumimos que el 10 por ciento de los objetos planetarios son binarios que interactúan, el proceso que los formó no puede ser raro”, dijo el profesor de Ciencias de la Tierra y el Medio Ambiente, Seth Jacobson, autor principal del artículo. “El colapso gravitacional encaja muy bien con lo que observamos”.
Nuevos horizontes de la NASA y el cinturón de Kuiper
Los binarios de contacto ganaron una amplia atención en enero de 2019 cuando la nave espacial New Horizons de la NASA capturó una imagen de primer plano de uno. Las imágenes llevaron a los científicos a examinar más de cerca otros objetos del Cinturón de Kuiper, revelando que uno de cada 10 cuerpos planetarios comparte esta forma. En el cinturón de Kuiper, escasamente poblado, estos cuerpos distantes se desplazan con relativamente pocas colisiones, lo que permite que persistan estructuras frágiles.
El propio Cinturón de Kuiper es un remanente de la Vía Láctea primitiva, cuando la galaxia existía como un disco giratorio de gas y polvo. Ese material antiguo todavía se encuentra en la región, incluidos planetas enanos como Plutón, cometas e innumerables planetas.
Cómo se forman y combinan los planetas
Los planetas estuvieron entre los primeros objetos a gran escala que se formaron a partir de los discos giratorios de polvo y grava que rodeaban al joven Sol. De la misma manera que los copos de nieve se pegan para formar una bola de nieve, la gravedad atrae partículas más pequeñas hacia grupos más grandes.
A medida que estas nubes arremolinadas colapsan, a veces se dividen en dos cuerpos separados que comienzan a orbitar entre sí. Los astrónomos suelen observar este tipo de planetas binarios en el cinturón de Kuiper. En la simulación de Barnes, la pareja lentamente gira en espiral hacia adentro. En lugar de chocar violentamente, los dos cuerpos entran en contacto suavemente y se fusionan, preservando sus formas circulares y creando el familiar muñeco de nieve.
¿Por qué sobreviven los binarios de contacto?
Una vez unidos, estos objetos pueden permanecer intactos durante miles de millones de años. Según Barnes, su estabilidad a largo plazo se debe a la baja probabilidad de que se produzcan mayores impactos. En el lejano cinturón de Kuiper, las colisiones son raras. Sin un choque disruptivo, no hay nada que separe los dos lóbulos. Muchos objetos binarios incluso muestran algunos agujeros.
Aunque los científicos sospechaban que el colapso gravitacional desempeñaba un papel en la formación de sistemas binarios en contacto, los modelos anteriores carecían de la física detallada necesaria para probar a fondo la idea. El trabajo de Burns fue el primero en incluir los procesos necesarios para reproducirse con éxito.
“Podemos probar esta hipótesis por primera vez de forma válida”, dijo Barnes. “Eso es lo interesante de este artículo”.
Barnes cree que el modelo podría ayudar a los investigadores a estudiar sistemas más complejos que involucren tres o más objetos interconectados. Actualmente, el equipo está desarrollando una simulación avanzada para representar mejor cómo se comportan las nubes que colapsan.
A medida que futuras misiones de la NASA continúen explorando los confines del sistema solar, Jacobson y Burns esperan que se puedan descubrir más mundos con forma de muñeco de nieve.
