¿Cómo se hace un planeta? | Vano Cósmico

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Ilustración de la formación de un planeta alrededor de una estrella similar al Sol, con los componentes básicos de los planetas (rocas y moléculas de hierro) en primer plano.TANIA CUNHA / PLANETÁRIO DO PORTO (Europa Press)

Una de las armas más poderosas del imperio en Star Wars se conoce como la Estrella de la Muerte; una estación espacial con suficiente poder destructivo para derribar planetas enteros. La trama de varios episodios de la saga gira en torno a la lucha de la Alianza Rebelde para acabar con esta arma de destrucción masiva que, en la ficción, se materializa en forma de un potente hiperláser. En la realidad astrofísica y con la ayuda de la gravedad, es relativamente fácil destrozar un planeta: podría chocar con un objeto grande; siendo tragado por su estrella; caer en las fauces de un agujero negro; o simplemente ingresando lo que se llama el límite de Roche de una estrella más grande. Como en muchos aspectos de nuestra vida, también es mucho más fácil imaginar el proceso de destrucción que el de construcción. Tal vez tenga que ver con que este último sea una transformación caliente. Hagamos el esfuerzo hoy, ¿cómo es el proceso de formación de un planeta y qué requiere?

Antes de que nuestros telescopios nos permitieran detectar planetas fuera del Sistema Solar, los modelos teóricos nos informaron que su existencia debe ser parte del proceso de formación estelar: se realizan simultáneamente. Esperábamos la presencia de planetas por ahí, la pregunta era cuántos. Hoy tenemos los números que, aunque se van afinando en todo momento, nos permiten deducir que están construidos al mismo tiempo que la mayoría de las estrellas porque dondequiera que miremos y tengamos la capacidad de detectarlos, los veremos. Los encontramos en todos los tamaños y órbitas, y algunos, como las supertierras que no tenemos en nuestro sistema, se encuentran entre los más abundantes. Pero, a pesar de todo lo que hemos avanzado, todavía hay algo que no sabemos a fondo y tiene que ver con el hecho de que prácticamente todos los planetas detectados son relativamente antiguos, son planetas que tienen la edad de su estrella, miles de millones de años. en la mayoría de los casos.

Ver a un planeta cocinar es un proceso muy difícil de desentrañar mientras está sucediendo. Tenemos que mirar alrededor de estrellas jóvenes que todavía están rodeadas por el material del que crecen y que esconde y oscurece su entorno. Además, las técnicas comunes para encontrar planetas son menos efectivas, por cierto, porque si el planeta es joven, la estrella también tiende a tener aumentos en la actividad magnética que pueden enmascarar las señales planetarias. Por estas razones, entre otras, solo tenemos imágenes sólidas directas de un planeta aún sumergido en su disco natal (lo llamamos disco protoplanetario). Se trata del sistema PDS 70, que tiene una antigüedad de cinco millones de años (la mayoría de los exoplanetas conocidos son miles de millones de años) y donde, además, recientemente, se ha detectado alrededor de uno de los dos planetas del sistema, el disco donde podría formarse una luna.

Gran parte del esfuerzo y progreso en el estudio de planetas en formación se basa en observaciones astronómicas de discos protoplanetarios. Sabemos bien que en astrofísica no tenemos vida para esperar a que las cosas cambien en el cielo, por lo que reconstruimos líneas de tiempo observando diferentes objetos en diferentes etapas de su vida. Es así como unimos los puntos que nos permiten reconstruir su evolución. De esta forma, estructuras como anillos, agujeros, brazos espirales, asimetrías en los discos de estrellas jóvenes nos dan información no solo sobre la existencia de protoplanetas que están esculpiendo estas estructuras sino también sobre los procesos necesarios para su existencia.

Todo comienza cuando las nubes de material en el medio interestelar están lo suficientemente frías como para colapsar bajo la influencia de la gravedad. La física que hace que se forme un disco en el proceso de formación de estrellas se puede resumir en una línea: conservación del momento angular. Los planetas se forman en ese disco, pero ¿cómo?

Pensemos en la Tierra como ejemplo. El punto de partida para construirlo son pequeñas partículas de material sólido, a las que llamamos polvo, que se producen en estrellas como el Sol al final de sus días y en explosiones de supernovas. El polvo crudo se compone de granos que pueden ser mil millones de veces más pequeños que un metro. Cuando hay polvo en la región, el disco de nacimiento de un planeta debe crecer hasta un tamaño de seis millones de metros, que es el radio de la Tierra (6.371 km). Para darle la forma de algo que, a nuestro pesar, nos es demasiado familiar, necesitamos hacer crecer un objeto del tamaño de la Tierra a partir de partículas de material sólido del tamaño de un coronavirus.

El crecimiento, según nuestros modelos y observaciones, no ocurre de una vez. Primero, los granos de polvo deben coagularse en partículas más grandes en regiones densas, donde también adquieren capas de hielo molecular. Las pequeñas partículas chocan suavemente debido al movimiento browniano, que lleva el nombre de Robert Brown, un botánico que demostró que el movimiento de las pequeñas partículas de polen que estaba observando bajo un microscopio no tenía nada que ver con la vida. En este caso, las partículas sólidas microscópicas se mueven al azar sumergidas en el gas. Las colisiones entre ellos los hacen más grandes y, con mayores dimensiones, chocan entre sí a mayor velocidad hasta que adquieren dimensiones de milímetros o centímetros. El paso crítico es hacerlos crecer hasta el tamaño de un planetismo que es un cuerpo sólido entre 100 y 1000 my que se mantiene unido por su propia atracción gravitacional y no por la tensión del material. El problema es que los planetesimales tienen que crecer rápidamente. Los relojes de la química del cosmos nos dicen que a escalas de unos pocos millones de años se formaron en la nebulosa solar.

Los planetesimales son literalmente bloques de construcción y una vez que se alcanza esa dimensión, la construcción de planetas es simplemente asistida por procesos gravitacionales. Son las propiedades del propio disco las que determinan dónde se forman los planetas y de qué están hechos: las que dictan si tenemos planetas como Júpiter o la Tierra y a qué distancia de la estrella y de qué material. Los discos protoplanetarios son muy delgados y contienen solo del 1 al 10% de la masa de la estrella en su centro. El disco también contiene detalles que aún no entendemos bien. Es precisamente ese paso de centímetro a kilómetro, del grano de polvo al planetesimal, el que revela la estructura del disco con sus espirales y sus paredes, con sus anillos y sus agujeros. Ahí es donde creemos que estas partículas de tamaño mediano se acumulan para crecer. Grandes partículas que viajarían directamente para ser destruidas en la superficie de la estrella para cumplir cuál sería su destino físico si nadie las detuviera.

Eva villaver Es investigadora del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA).

Vacío cósmico Es una sección donde nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre «vacío cósmico» se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente hay quintillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno. , que nos invita a reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de la vida en el universo. La sección consta de Pablo G. Pérez González, investigadora del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, Catedrático de la Universidad Complutense de Madrid (UCM); Y Eva villaver, investigadora del Centro de Astrobiología

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