Un Gran Impacto: resolviendo el misterio de cómo se formaron las lunas de Marte

¿De dónde vienen los dos satélites naturales de Marte, Fobos y Deimos,? Durante mucho tiempo, su forma sugirió que eran asteroides capturados por Marte. Sin embargo, la forma y el curso de sus órbitas contradicen esta hipótesis. Dos estudios independientes y complementarios proporcionan una respuesta a esta pregunta. Uno de estos estudios, que se publicará en la revista The Astrophysical Journal y predominantemente realizado por investigadores del CNRS y Aix-Marseille Université 1 , descarta la captura de asteroides, y muestra que el único escenario compatible con las propiedades de la superficie de Fobos y Deimos es la de una colisión gigante. En el segundo estudio, un equipo de Francia, Bélgica, e investigadores japoneses utiliza simulaciones digitales de vanguardia para mostrar cómo estos satélites fueron capaces de formarse entre los escombros de una colisión gigante entre Marte y un protoplaneta de un tercio de su tamaño. Esta investigación, que es el resultado de la colaboración entre investigadores de la Universidad Paris Diderot y el Observatorio Real de Bélgica, en colaboración con el CNRS, Université de Rennes 1 2 y el Instituto Japonés ELSI, se publicó el 4 de julio del 2016 en el diario Nature Geoscience .

NASA_Phobos_Deimos

Marte tiene dos lunas pequeñas: Fobos y Deimos. Fobos (miedo) y Deimos (pánico) fueron llamadas así aludiendo a los caballos que tiraban del carro de  guerra del  dios griego Ares, el equivalente al dios romano de la guerra Marte. Tanto Fobos como Deimos fueron descubiertos en 1877 por el astrónomo estadounidense Asaph Hall. Las lunas parecen tener materiales superficiales similares a muchos asteroides en el cinturón de asteroides exterior, lo que llevó a creer a la mayoría de los científicos que Fobos y Deimos son asteroides capturados. Crédito: NASA/Mars Exploration.
El origen de las dos lunas de Marte, Fobos y Deimos, sigue siendo un misterio. Debido a su pequeño tamaño y forma irregular, que se parecen mucho a las de los asteroides, se pensaba que Marte podría haberlos «capturado» pero nadie entendía cómo se conviertieron en satélites con órbitas casi circulares y ecuatoriales.
De acuerdo con una teoría rival, hacia el final de su formación, Marte sufrió una colisión gigante con un protoplaneta: pero ¿por qué los escombros de un impacto crearon dos pequeños satélites en lugar de una sóla luna enorme, al igual que la de la Tierra?
Una tercera posibilidad es que Fobos y Deimos se formaron al mismo tiempo que Marte, lo que implicaría que tienen la misma composición que su planeta, aunque su baja densidad parece contradecir esta hipótesis.

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Interpretación artística de la colisión gigante que puede haber producido Fobos y Deimos, junto con la cuenca Borealis. El objeto que colisionó con Marte de haber sido de aproximadamente un tercio del tamaño del planeta. En ese época, Marte era jóven y quizás tenía una atmósfera más densa y agua líquida en su superficie.  © Université Paris Diderot / LABEX UnivEarthS.

The colliding body would have been approximately one-third the size of Mars. At the time, Mars was young, and perhaps had a thicker atmosphere and liquid water on its surface.
El cuerpo chocar habría sido de aproximadamente un tercio del tamaño de Marte.En ese momento, Marte era joven, y quizás tenía una atmósfera más densa y agua líquida en su superficie.

Dos estudios independientes han resuelto el rompecabezas: las lunas de Marte deben haber surgido de una colisión gigante.
En uno de estos estudios, un equipo de investigadores belgas, franceses y japoneses ofrecen, por primera vez, un escenario completo y coherente para la formación de Fobos y Deimos, que habrían sido creados como consecuencia de una colisión entre Marte y un cuerpo primordial de un tercio de su tamaño, de 100 a 800 millones de años después del inicio de la formación del planeta.
Según los investigadores, los restos de esta colisión formaron un amplio disco alrededor de Marte (ver simulación aquí) constituido por una parte interna densa compuesta de materia en fusión, y una parte externa muy delgada principalmente de gas. En la parte interior de este disco se había formado una luna de mil veces el tamaño de Fobos, que desde entonces ha desaparecido. Las interacciones gravitatorias creadas en el disco exterior por esta luna masiva al parecer actuaron como un catalizador para la recolección de los desechos para formar otras lunas más pequeñas, más distantes.

 

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Cronología de eventos que pueden haber creado a Fobos y Deimos. 
Marte es golpeado por un  protoplaneta un tercio de su tamaño (1). Pasadas unas pocas horas se forma un disco de escombros . Los bloques de construcción  elementales  de Fobos  y Deimos (granos más pequeños que un micrómetro) condensan directamente del gas en la parte exterior del disco (2).                                                                                                                          
El disco de escombros pronto produce una luna cerca de  Marte   que se mueve más lejos y propaga su influencia  dinámica a sus dos áreas como  ondas (3), que en el transcurso de unos pocos miles de años provoca la acreción de  escombros en la zona exterior más  dispersa en dos pequeñas lunas, Fobos  y Deimos (4).    
 Bajo el efecto de la fuerza de la marea de Marte, la luna grande cae de nuevo al planeta pasados aproximadamente cinco millones de años (5), mientras los más pequeños Fobos y Deimos ocupan sus posiciones actuales en los miles de millones de años posteriores (6).  © Antony Trinh / Observatorio Real de Bélgica. 

Después de unos pocos miles de años, Marte estaba rodeado por un grupo de aproximadamente diez pequeñas lunas y una luna enorme. Unos pocos millones de años más tarde, una vez que el disco de escombros se había disipado, los efectos de la marea de Marte llevaron la mayor parte de estos satélites de nuevo sobre el planeta, incluyendo la luna muy grande. Sólo las dos pequeñas lunas más distantes, Fobos y Deimos, se mantuvieron (véase el gráfico al final de la nota de prensa).

Debido a la diversidad de los fenómenos físicos involucrados, ninguna simulación digital es capaz de modelizar todo el proceso. Pascal Rosenblatt y el equipo de Sébastien Charnoz por lo tanto tuvieron que combinar tres sucesivas simulaciones de última generación con el fin de dar cuenta de la física detrás de la colisión gigante, la dinámica de los escombros resultantes del impacto y su acreción para formar los satélites, y la  evolución a largo plazo de estos satélites. Ver video: “Formación de la Lunas de Marte“.

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En la imágen se señala como el disco de restos interior repele  por resonancia a las lunas grandes recién formadas.  © LabEx UnivEarthS       
En un segundo estudio, los investigadores del Laboratorio de Astrofísica de Marsella (CNRS / Université Aix-Marsella) descartaron la posibilidad de una captura sobre la base de argumentos estadísticos apoyados en la diversidad composicional del Cinturón de Asteroides . Ellos, además, muestran que la “firma” de la luz emitida por Fobos y Deimos es incompatible con la de la materia primordial con que se formó Marte (meteoritos como condrita ordinaria, chondritas de enstatita y / o angritas). Por lo tanto, respaldan el escenario de una colisión.
A partir de esta firma de luz dedujeron que los satélites están hechos de polvo de grano fino (menor que un micrómetro). Sin embargo, el pequeño tamaño de los granos en la superficie de Fobos y Deimos no puede, según los investigadores, explicarse únicamente como la consecuencia de la erosión de los bombardeos por el polvo interplanetario. Esto significa que los satélites desde el principio estuvieron formados por granos muy finos, que sólo pueden formarse por condensación de gas en la zona exterior del disco de escombros (y no desde el magma presente en la parte interior). Ambos estudios están de acuerdo en este punto.
Por otra parte, la formación de las lunas de Marte a partir de estos granos muy finos también podría ser responsable de una alta porosidad interna, lo que explicaría su sorprendentemente baja densidad.
La teoría de la colisión gigante, que es corroborada por estos dos estudios independientes, podría explicar por qué el hemisferio norte de Marte tiene una altura menor que el hemisferio sur: la cuenca Borealis es más probable que sea el resultado de una colisión gigante, como la que  dio a luz a Fobos y Deimos.
También ayuda a explicar por qué Marte tiene dos satélites en lugar de uno sólo, como nuestra Luna, que también fue creada por una colisión gigante. Esta investigación sugiere que los sistemas de satélites que se crearon dependían de la velocidad de rotación del planeta, porque en el momento de la formación de la Luna, la Tierra estaba rotando muy rápidamente (en menos de cuatro horas), mientras que la rotación de Marte se volvió seis veces más lenta.
Las nuevas  observaciones harán que pronto  sea posible saber más acerca de la edad y la composición de las lunas de Marte. La Agencia Espacial Japonesa (JAXA) ha decidido poner en marcha una misión en el 2022, llamada  Exploración de las Lunas de Marte (MMX), la que traerá a la Tierra en el 2027 muestras del suelo de Fobos. Su análisis podría confirmar o invalidar este escenario. La Agencia Espacial Europea (ESA) ha planeado una misión similar en el año 2024 en asociación con la Agencia Espacial Rusa (Roscosmos).
Esta investigación recibió el apoyo de IPGP, el LABEX UnivEarthS, ELSI, Universidad de Kobe, el Observatorio Real de Bélgica y Idex A * MIDEX.

Fuente: CNRS.     Artículo original: “A Giant Impact: Solving the mistery of how Mars’ moons formed”

Selección, traducción y elección de imágnes del artículo: Equipo de Redacción Web de la AAA.

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