Dentro de 100 mil años otra estrella invadirá nuestro Sistema Solar y lo hará inestable


En 1687, Sir Isaac Newton publicó su obra magna, Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, que sintetizó eficazmente sus teorías sobre el movimiento, la velocidad y la gravitación universal. En términos de esto último, Newton ofreció un medio para calcular la fuerza de la gravedad y predecir las órbitas de los planetas. Desde entonces, los astrónomos han descubierto que el Sistema Solar es simplemente un pequeño punto de luz que orbita alrededor del centro de la Vía Láctea. En ocasiones, otras estrellas pasarán cerca del Sistema Solar, lo que puede causar una sacudida dramática que puede sacar objetos de sus órbitas.

Estos «sobrevuelos estelares» son comunes y juegan un papel importante en la evolución a largo plazo de los sistemas planetarios. Como resultado, la estabilidad a largo plazo del Sistema Solar ha sido objeto de investigación científica durante siglos. Según un nuevo estudio realizado por un equipo de astrofísicos canadienses, los residentes del Sistema Solar pueden estar tranquilos. Después de realizar una serie de simulaciones, determinaron que una estrella no pasará y perturbará nuestro Sistema Solar por otros 100 mil millones de años. Más allá de eso, ¡las posibilidades son algo aterradoras!

La investigación fue dirigida por Garett Brown, un estudiante graduado de física computacional del Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales (PES) de la Universidad de Toronto en Scarborough. A él se unió Hanno Rein, profesor asociado de astrofísica (y mentor de Brown) también del PES en UT Scarborough. El artículo que describe sus hallazgos se publicó recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Journal. Como indicaron en su artículo, el estudio de los sobrevuelos estelares podría revelar mucho sobre la historia y la evolución de los sistemas planetarios.

Como explicó Brown a Universe Today por correo electrónico, esto es particularmente cierto en el caso de estrellas como el Sistema Solar durante su historia temprana:

“La medida en que los sobrevuelos estelares juegan en la evolución de los sistemas planetarios sigue siendo un área activa de investigación. Para los sistemas planetarios que se forman en un cúmulo estelar, el consenso es que los sobrevuelos estelares juegan un papel importante mientras el sistema planetario permanece dentro del cúmulo estelar. Estos son típicamente los primeros 100 millones de años de evolución planetaria. Después de que el cúmulo estelar se disipa, la tasa de ocurrencia de sobrevuelos estelares disminuye drásticamente, lo que reduce su papel en la evolución de los sistemas planetarios”.

Impresión artística de un sistema solar en proceso de formación. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La teoría más ampliamente aceptada para la formación del Sistema Solar se conoce como la Hipótesis de la Nebulosa, que establece que el Sol se formó a partir de una nube masiva de polvo y gas (también conocida como nebulosa) que sufrió un colapso gravitacional en su centro. El polvo y el gas restantes forman un disco alrededor del Sol, que se acumula lentamente para formar un sistema de planetas. En una versión de la hipótesis, el Sol se formó debido a perturbaciones en la nebulosa, posiblemente por un sobrevuelo cercano de otra estrella (o una supernova). Pero como explicó Brown, es probable que los sobrevuelos estelares también hayan desempeñado un papel en la formación de planetas

“Durante el desarrollo del planeta, cuando hay un disco de polvo y gas alrededor de una estrella, se espera que los sobrevuelos estelares sean responsables del truncamiento del disco, lo que evitaría la formación de planetas en órbitas más amplias y distantes”, dijo. «Para los planetas que ya se han formado en órbitas amplias, se cree que los sobrevuelos estelares son responsables de eliminar o desestabilizar los planetas más externos».

Otra teoría ampliamente aceptada es que nuestro Sol se formó hace aproximadamente 4.500 millones de años como parte de un cúmulo de estrellas que dejó hace mucho tiempo. Con estas teorías en mente, Brown y Rein investigaron cómo ser parte de un cúmulo (y por lo tanto sujeto a sobrevuelos estelares) podría haber alterado el Sistema Solar una vez que sus planetas se formaron y formaron parte de un sistema establecido. Descubrieron que el papel que desempeñan los sobrevuelos estelares depende de la fuerza con la que la estrella que pasa puede perturbar el sistema. Además, determinaron que un sobrevuelo estelar puede desestabilizar dinámicamente un sistema, lo que hace que los planetas choquen entre sí o sean expulsados.

Esto presentó un desafío significativo debido a un problema que acosa a los astrónomos desde que Newton propuso su Teoría de la Gravitación Universal. En pocas palabras, todo se reduce al problema de N-cuerpos, que describe la dificultad de predecir los movimientos individuales de un grupo de objetos celestes que interactúan entre sí gravitacionalmente. Resolver esto exactamente sigue siendo una imposibilidad matemática, por lo que los astrónomos se ven obligados a hacer aproximaciones numéricas. Pero como dijo Brown, todavía hay dos problemas importantes con estos cálculos:

“Uno, el movimiento de los planetas es caótico, lo que significa que pequeñas diferencias en las condiciones iniciales del sistema darán como resultado resultados dramáticamente diferentes (incluso diferencias tan pequeñas como una parte en un billón). Y dos, las escalas de tiempo involucradas son dramáticamente diferentes. Podemos tener una idea del resultado estadístico de un sistema caótico utilizando un conjunto de soluciones numéricas. Para la estabilidad a largo plazo del Sistema Solar, esto puede darnos una proporción de simulaciones que terminan desestabilizando en comparación con la cantidad de simulaciones que permanecen estables hasta el final del tiempo de integración”.

“Sin embargo, resolver el problema de los plazos es mucho más difícil. Se han desarrollado métodos numéricos sofisticados durante los últimos 50 años que hacen que esto sea más manejable, pero esencialmente necesitamos simular el movimiento de los planetas un día a la vez durante miles de millones de años. Esto requiere una cantidad increíble de recursos computacionales. Por lo general, queremos saber si el Sistema Solar permanecerá estable durante el resto de la vida del Sol (alrededor de 5 mil millones de años). Incluso con las computadoras modernas (tan rápidas como son), puede tomar fácilmente de 3 a 4 semanas ejecutar solo una simulación de 5 mil millones de años del Sistema Solar”.

La supercomputadora Niagara en el centro SciNet. Crédito: Universidad de Toronto

Incluso para comenzar a obtener estadísticas razonables, agregó Brown, los investigadores deben realizar miles de simulaciones diferentes. Hay dos formas de hacer esto: ejecutar las simulaciones en una sola computadora por hasta 70 años o más, o usar miles de computadoras diferentes simultáneamente durante un mes. Esto no solo hace que el análisis estadístico sea muy complicado sino también muy costoso. Para sus análisis, Brown y Rein utilizaron la supercomputadora Niagara en el centro SciNet de la Universidad de Toronto, que forma parte de la red Digital Research Alliance of Canada.

Como explicó Brown, él y Rein emplearon dos métodos principales para calcular las perturbaciones potenciales causadas por los sobrevuelos de Steller.

“La primera fue una aproximación analítica desarrollada en 1975 por Douglas Heggie y refinada a lo largo de los años con sus colaboradores. Es una aproximación que supone que la velocidad relativa entre las dos estrellas es pequeña en comparación con la velocidad orbital de los planetas. Esta estimación analítica nos permite calcular muy rápidamente las estimaciones del orden de magnitud de cómo un sobrevuelo estelar cambiará el semieje mayor de un planeta”.

En el segundo método, utilizaron integraciones numéricas utilizando REBOUND, un código de N-cuerpo multipropósito de código abierto para la dinámica de colisiones desarrollado por Hanno Rein y sus colaboradores. Entre estos dos métodos, Brown y Rein pudieron simular numéricamente un sobrevuelo estelar y luego medir el estado del sistema antes y después. Al final, sus resultados indicaron que las perturbaciones del Sistema Solar requerirían un sobrevuelo muy cercano y que no era probable que un encuentro estelar de este tipo ocurriera durante mucho tiempo. Dijo marrón:

“Descubrimos que los cambios críticos en la órbita de Neptuno debían ser del orden de 0,03 UA o 4500 millones de metros para tener algún impacto en la estabilidad a largo plazo del Sistema Solar. Estos cambios críticos podrían aumentar 10 veces la probabilidad de inestabilidad durante la vida útil del Sistema Solar. Además, estimamos que un sobrevuelo estelar crítico como este podría ocurrir una vez cada 100 mil millones de años en la región en la que se encuentra actualmente el Sistema Solar.

«[E]stimamos que tendríamos que esperar alrededor de 100 mil millones de años antes de que un sobrevuelo estelar más allá del Sistema Solar simplemente aumentaría las probabilidades de desmantelar su arquitectura actual en 10 veces (y eso todavía no es una garantía de destrucción)».

Dada la turbulenta historia del Sistema Solar, es comprensible que la idea de sobrevuelos estelares (y las perturbaciones resultantes) cause ansiedad a algunos. Después de todo, los astrónomos teorizan que las «sacudidas planetarias» pueden ser una característica común de la evolución de un sistema y que los objetos grandes son expulsados ​​regularmente de los confines de un sistema debido a los sobrevuelos. Un buen ejemplo es Tritón, la luna más grande de Neptuno, que se cree que se formó en el Cinturón de Kuiper y fue arrojada hacia el interior del Sistema Solar, donde Neptuno la capturó (lo que condujo a la destrucción de los satélites originales de Neptuno).

Esta obra de arte muestra un planeta rocoso siendo bombardeado por cometas. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Además, las interacciones gravitatorias con otros sistemas estelares son la razón por la que tenemos cometas de período largo, donde los objetos expulsados ​​de la Nube de Oort pasan periódicamente a través del Sistema Solar interior. ¡La idea de que un sobrevuelo cercano podría enviar numerosos cometas hacia nosotros (u objetos más grandes como un planetoide) suena como un escenario del fin del mundo! Pero como dijo Douglas Adams: «¡No entres en pánico!» Los sobrevuelos estelares no solo ocurren regularmente, sino que generalmente pasan a años luz de distancia y no influyen en el Sistema Solar.

En muchos sentidos, esto es similar a los asteroides cercanos a la Tierra (NEA) y la posibilidad de que uno colisione con la Tierra algún día. Si bien sabemos que en el pasado ocurrieron impactos que fueron devastadores (como el Evento de Impacto de Chicxulub que acabó con los dinosaurios hace aproximadamente 65 millones de años), los NEA pasan cerca de la Tierra con regularidad y no representan una amenaza. Además, análisis recientes de dos NEA considerados «potencialmente peligrosos» (2022 AE1 y Apophis) encontraron que ninguno amenazaría a la Tierra durante mucho tiempo.

Además, las observaciones recientes de misiones como el Observatorio Gaia de la ESA han proporcionado los datos más precisos sobre los movimientos propios y las velocidades de las estrellas en la Vía Láctea. Como señaló Brown, esto incluía datos sobre sobrevuelos inminentes y qué tan cerca pasarán de nuestro sistema:

“Dos estrellas notables son HD 7977, que puede haber pasado a unas 3.000 AU (0,0457 años luz) del Sol hace unos 2,5 millones de años, y Gliese 710 (o HIP 89825), que se espera que pase a unas 10.000 AU (0,1696 años). años luz) del Sol dentro de unos 1,3 millones de años a partir de ahora. Haciendo algunos cálculos aproximados, ambas estrellas no tendrán un efecto apreciable en la evolución del Sistema Solar”.

Además, sucederán muchas cosas entre ahora y entonces y es muy poco probable que la humanidad esté presente para presenciar tal evento. Suponiendo que no nos hayamos llevado a la extinción o que no hayamos dejado la Tierra para explorar otros confines de la galaxia, el planeta Tierra dejará de ser habitable mucho antes. “Teniendo en cuenta que el Sol se expandirá y engullirá la Tierra en unos 5.000 millones de años, el distanciamiento físico de otras estrellas no es un problema del que debamos preocuparnos”, dijo Brown.

Con información de Universe Today

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