Un equipo de investigadores de LMU ha desarrollado un nuevo modelo para explicar la formación de planetas gigantes como Júpiter, que proporciona una visión más profunda del proceso de formación de planetas y podría ampliar nuestra comprensión del sistema planetario.
Nuestro sistema solar es nuestro vecindario cósmico inmediato. Lo sabemos bien: el sol en el centro; Luego los planetas rocosos Mercurio, Venus, la Tierra y Marte; Y luego el cinturón de asteroides; seguidos por los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno. Luego los gigantes de hielo Urano y Neptuno; Y por último el Cooper Belt con sus cometas. Pero, ¿qué tan bien conocemos realmente nuestro hogar? Teorías anteriores suponían que los planetas gigantes se formaron a partir de la colisión y acumulación de cuerpos similares a asteroides, el llamado material interplanetario, y la posterior acumulación de gas a lo largo de millones de años. Sin embargo, estos modelos no explican la existencia de gigantes gaseosos alejados de sus estrellas ni la formación de Urano y Neptuno.
De un grano de polvo a un planeta gigante
Los astrónomos de LMU, el grupo ORIGINS y MPS han desarrollado el primer modelo que incluye todos los procesos físicos esenciales que desempeñan un papel en la formación de planetas. Con este modelo demostraron que las perturbaciones anulares en los discos protoplanetarios, las llamadas subestructuras, pueden desencadenar la rápida formación de múltiples gigantes gaseosos. Los resultados del estudio coinciden con las últimas observaciones e indican que la formación de planetas gigantes puede ser más eficiente y rápida de lo que se pensaba anteriormente.
Con su modelo, los investigadores muestran cómo las partículas de polvo de tamaño milimétrico se acumulan aerodinámicamente en un disco de gas turbulento y cómo esta turbulencia inicial en el disco atrapa el polvo y lo impulsa hacia la estrella evitando que desaparezca. Esta acumulación hace que el crecimiento planetesimal sea muy eficiente, porque de repente hay una gran cantidad de “material de construcción” disponible dentro de un área compacta y se dan las condiciones adecuadas para la formación de planetas.
“Cuando un planeta se vuelve lo suficientemente masivo como para impactar el disco de gas, se produce un enorme enriquecimiento de polvo en el disco”, explica Brunstel Till, profesor de astrofísica teórica en la LMU y miembro del Clúster de Excelencia ORIGINS. . “En el proceso, el planeta impulsa el polvo, como un perro pastor persiguiendo a su rebaño, hacia la región fuera de su órbita”. El proceso comienza de nuevo, de adentro hacia afuera, y se puede formar otro planeta gigante. “Esta es la primera vez que una simulación ha rastreado el proceso por el cual el polvo fino se acumula en planetas gigantes”, observa el autor principal del estudio y candidato a doctorado en LMU, Tommy Chi-Ho Lau.
Diferentes tipos de gigantes gaseosos en nuestro y otros sistemas solares
Los gigantes gaseosos de nuestro sistema solar se encuentran entre aproximadamente 5 unidades astronómicas (au) (Júpiter) y 30 au (Neptuno) del Sol. En comparación, la Tierra está a unos 150 millones de kilómetros del Sol, lo que equivale aproximadamente a 1 ua.
El estudio muestra que en otros sistemas planetarios, una perturbación puede poner en marcha el proceso a grandes distancias y aun así ocurrir muy rápidamente. Estos sistemas han sido observados con frecuencia en los últimos años por el radioobservatorio ALMA, que ha encontrado gigantes gaseosos en discos jóvenes a distancias superiores a 200 UA. Sin embargo, el modelo también explica por qué nuestro sistema solar aparentemente dejó de formar planetas adicionales después de Neptuno: el material de construcción simplemente se agotó.
Los resultados del estudio son consistentes con las observaciones existentes de sistemas planetarios jóvenes que han revelado subestructuras en sus discos. Estas subestructuras juegan un papel decisivo en la formación del planeta. El estudio indica que la formación de planetas gigantes y gigantes gaseosos avanza con mayor eficiencia y velocidad de lo que se pensaba anteriormente. Estos nuevos conocimientos pueden mejorar nuestra comprensión del origen y la evolución de los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar y explicar la diversidad de los sistemas planetarios observados.
