Una misteriosa brecha separó el sistema solar hace millones de años

EP | 18/10/2021

Esta imagen muestra la interpretación de un artista de un disco protoplanetario. - NATIONAL SCIENCE FOUNDATION, A. KHAN

Un análisis de meteoritos ha ofrecido pruebas directas de que existió una misteriosa brecha dentro del disco del sistema solar hace unos 4.567 millones de años, cerca del actual cinturón de asteroides.

"Durante la última década, las observaciones han mostrado que las cavidades, los huecos y los anillos son comunes en los discos alrededor de otras estrellas jóvenes --explica Benjamin Weiss, profesor de ciencias planetarias en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT)--. Se trata de firmas importantes, aunque poco conocidas, de los procesos físicos por los que el gas y el polvo se transforman en el joven sol y los planetas".

Del mismo modo, la causa de esta brecha en nuestro propio sistema solar sigue siendo un misterio. Una posibilidad es que Júpiter haya sido una influencia. Cuando el gigante gaseoso tomó forma, su inmensa atracción gravitatoria podría haber empujado el gas y el polvo hacia las afueras, dejando un hueco en el disco en desarrollo.

Otra explicación puede tener que ver con los vientos que emergen de la superficie del disco. Los primeros sistemas planetarios se rigen por fuertes campos magnéticos. Cuando estos campos interactúan con un disco giratorio de gas y polvo, pueden producir vientos lo suficientemente potentes como para expulsar material, dejando un hueco en el disco.

Sea cual sea su origen, es probable que la brecha en el sistema solar primitivo sirviera de frontera cósmica, impidiendo que el material de ambos lados interactuara. Esta separación física podría haber dado forma a la composición de los planetas del sistema solar.

Por ejemplo, en el lado interior de la brecha, el gas y el polvo se unieron para formar planetas terrestres, como la Tierra y Marte, mientras que el gas y el polvo relegados al otro lado de la brecha se formaron en regiones más frías, como Júpiter y sus gigantes gaseosos vecinos.

"Es bastante difícil cruzar esta brecha, y un planeta necesitaría mucho par e impulso externos --señala en un comunicado el autor principal y estudiante de posgrado de EAPS, Cauê Borlina--. Así que esto proporciona pruebas de que la formación de nuestros planetas estaba restringida a regiones específicas en el sistema solar primitivo".

Junto con Weiss y Borlina integran el grupo investigador Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee y Elias Mansbach, del MIT; James Bryson, de la Universidad de Oxford, en Reino Unido, y Xue-Ning Bai de la Universidad de Tsinghua, en China.

En la última década, los científicos han observado una curiosa división en la composición de los meteoritos que han llegado a la Tierra. Estas rocas espaciales se formaron originalmente en distintos momentos y lugares a medida que el sistema solar iba tomando forma. Los que se han analizado presentan una de las dos combinaciones de isótopos. Rara vez se han encontrado meteoritos que presenten ambas, un enigma conocido como la 'dicotomía isotópica'.

Los científicos sugieren que esta dicotomía puede ser el resultado de una brecha en el disco del sistema solar primitivo, pero dicha brecha no se ha confirmado directamente.

El grupo de Weiss --cuyo estudio se publica en Science Advances-- analiza los meteoritos en busca de signos de antiguos campos magnéticos. A medida que un sistema planetario joven va tomando forma, lleva consigo un campo magnético, cuya fuerza y dirección pueden cambiar dependiendo de varios procesos dentro del disco en evolución. A medida que el antiguo polvo se reunía en granos conocidos como cóndrulos, los electrones dentro de ellos se alineaban con el campo magnético en el que se formaban.

Los cóndrulos pueden ser más pequeños que el diámetro de un cabello humano y se encuentran en los meteoritos actuales. El grupo de Weiss está especializado en la medición de cóndrulos para identificar los antiguos campos magnéticos en los que se formaron originalmente.

En trabajos anteriores, el grupo analizó muestras de uno de los dos grupos isotópicos de meteoritos, conocidos como meteoritos no carbonosos. Se cree que estas rocas se originaron en un "depósito", o región del sistema solar primitivo, relativamente cercana al sol. El grupo de Weiss identificó previamente el antiguo campo magnético en muestras procedentes de esta región cercana.

En su nuevo estudio, financiado en parte por la NASA y la National Science Foundation, los investigadores se preguntaron si el campo magnético sería el mismo en el segundo grupo de meteoritos "carbonáceos", que, a juzgar por su composición isotópica, se cree que se originaron más lejos en el sistema solar.

Analizaron los cóndrulos, cada uno de las cuales mide unas 100 micras, de dos meteoritos carbonáceos descubiertos en la Antártida. Utilizando el dispositivo de interferencia cuántica superconductor, o SQUID, un microscopio de alta precisión del laboratorio de Weiss, el equipo determinó el antiguo campo magnético original de cada cóndrulo.

Sorprendentemente, descubrieron que la intensidad de su campo era mayor que la de los meteoritos no carbonáceos más cercanos que habían medido anteriormente. A medida que los sistemas planetarios jóvenes van tomando forma, los científicos esperan que la fuerza del campo magnético decaiga con la distancia al sol.

En cambio, Borlina y sus colegas descubrieron que los cóndrulos más alejados tenían un campo magnético más fuerte, de unas 100 microteslas, en comparación con un campo de 50 microteslas en los más cercanos. Como referencia, el campo magnético actual de la Tierra es de unas 50 microteslas.

El campo magnético de un sistema planetario es una medida de su tasa de acreción, o de la cantidad de gas y polvo que puede atraer hacia su centro a lo largo del tiempo. Según el campo magnético de los cóndrulos carbonosos, la región exterior del sistema solar debió de acretar mucha más masa que la región interior.

Utilizando modelos para simular varios escenarios, el equipo llegó a la conclusión de que la explicación más probable para el desajuste en las tasas de acreción es la existencia de una brecha entre las regiones interior y exterior, que podría haber reducido la cantidad de gas y polvo que fluye hacia el sol desde las regiones exteriores.

"Los huecos son comunes en los sistemas protoplanetarios, y ahora demostramos que teníamos uno en nuestro propio sistema solar --apunta Borlina--. Esto da la respuesta a esta extraña dicotomía que vemos en los meteoritos, y proporciona pruebas de que las brechas afectan a la composición de los planetas".

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