Júpiter tuvo trastornos de crecimiento

Esta imagen del hemisferio sur de Júpiter fue capturada por la nave espacial Juno de laNASA en el tramo de salida de un  sobrevuelo cercano del planeta gigante gaseoso. El científico ciudadano Kevin M. Gill creó esta imagen usando datos de la cámara JunoCam de la nave espacial .La imagen con realce de color se tomó el 23 de Mayo de 2018 cuando Juno estaba a unas 71,400 kilómetros de las cimas de las nubes del planeta, por encima de una latitud sur de 71 grados. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill

Con un diámetro ecuatorial de alrededor de 143,000 kilómetros, Júpiter es el planeta más grande en el Sistema Solar y tiene 300 veces la masa de la Tierra. El mecanismo de formación de planetas gigantes como Júpiter ha sido un tema muy debatido durante varias décadas. Ahora, los astrofísicos del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR)  PlanetS de las Universidades de Berna y Zúrich y ETH Zürich de Suiza, se han unido para explicar los rompecabezas previos sobre cómo se formó Júpiter y las nuevas mediciones. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista “Nature Astronomy”.

“Podríamos demostrar que Júpiter creció en fases diferentes y distintas“, explica Julia Venturini, postdoctorando en la Universidad de Zürich. “Especialmente interesante es que no son el mismo tipo de cuerpos los que aportan masa y energía“, agrega Yann Alibert, Oficial Científico de PlanetS y primer autor del artículo.

En primer lugar, el embrión planetario acrecentó rápidamente pequeños guijarros (piedras) del tamaño de un centímetro y rápidamente construyó un núcleo durante el primer millón de años. (Ver figura al final del artículo).

Los siguientes dos millones de años estuvieron dominados por la acumulación más lenta de rocas más grandes, de un kilómetro llamadas planetesimales. Golpearon al planeta en crecimiento con gran energía, liberando calor.

“Durante la primera etapa, los guijarros trajeron la masa“, explica Yann Alibert: “En la segunda fase, los planetesimales también agregaron un poco de masa, pero lo que es más importante, aportaron energía“.

Después de tres millones de años, Júpiter había crecido hasta llegar a ser un cuerpo de 50 masas terrestres (masa de la Tierra).

Luego, la tercera fase de formación comenzó dominada por una acumulación  de gas desenfrenada, que lo lleva a ser el gigante gaseoso de hoy con más de 300 masas de terrestres.

Esta  imagen de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) muestra, con el mayor detalle logrado hasta ahora, el disco con formación de planetas que hay alrededor de la estrella de tipo solar TW Hydrae. Revela una prometedora brecha a la misma distancia de la estrella a la que se encuentra la Tierra del Sol, lo cual puede significar que está empezando a nacer una versión infantil de nuestro planeta o, posiblemente, una Supertierra, más masiva. Crédito: S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO). Más información.

El Sistema Solar dividido en dos partes

El nuevo modelo para el nacimiento de Júpiter coincide con los datos del meteorito que se presentaron en una conferencia en los EE. UU. el año pasado. Al principio, Julia Venturini y Yann Alibert estaban desconcertados cuando escucharon los resultados. Las mediciones de la composición de los meteoritos mostraron que en los tiempos primordiales del Sistema Solar, la nebulosa solar se dividió en dos regiones durante dos millones de años. Por lo tanto, se podría concluir que Júpiter actuó como una especie de barrera cuando creció de 20 a 50 masas terrestres. Durante este período, el planeta en formación debe haber perturbado el disco de polvo, creando una densidad excesiva que atrapó los guijarros fuera de su órbita. Por lo tanto, el material de las regiones exteriores no podría mezclarse con el material de los interiores hasta que el planeta alcanzara la masa suficiente como para perturbar y dispersar las rocas hacia adentro.

“¿Cómo pudo haber tomado dos millones de años para que Júpiter crezca de 20 a 50 masas terrestres?”preguntó Julia Venturini. “Eso pareció demasiado tiempo”, explica: “Esa fue la pregunta desencadenante que motivó nuestro estudio”. Se inició una discusión por correo electrónico entre los investigadores de NCCR PlanetS de las Universidades de Berna y Zürich y ETH Zürich, y la semana siguiente los expertos en los campos de la Astrofísica, la Cosmoquímica y la Hidrodinámica organizaron una reunión en Berna. “En un par de horas sabíamos lo que teníamos que calcular para nuestro estudio”, dice Yann Alibert: “Esto solo fue posible en el marco del NCCR, que vincula a científicos de diversos campos”.

Explicación del retraso en el crecimiento

Con sus cálculos, los investigadores demostraron que el tiempo que el planeta joven pasó en el rango de masas de 15 a 50 masas de la Tierra, fue de hecho mucho más largo de lo que se pensaba. Durante esta fase de formación, las colisiones con las rocas de un kilómetro proporcionaron suficiente energía para calentar la atmósfera gaseosa del joven Júpiter e impidieron el enfriamiento rápido, la contracción y la acumulación adicional de gases. “Los guijarros son importantes en las primeras etapas para construir un núcleo rápidamente, pero el calor proporcionado por las colisiones con los planetesimales es crucial para retrasar la acumulación de gas de modo que coincida con la escala de tiempo dada por los datos del meteorito”, resumieron los astrofísicos. Están convencidos de que sus resultados también proporcionan elementos clave para resolver problemas de larga data de la formación de Urano y Neptuno y los exoplanetas en este régimen de masas.

El trabajo se ha desarrollado en el marco de NCCR PlanetS con el apoyo adicional de la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza (SNSF) y el Consejo Europeo de Investigación (ERC).

2018/08/27.