Antes de que se formen planetas alrededor de una estrella joven, el disco protosolar está poblado por innumerables planetesimales. Con el tiempo, estos planetesimales se combinan para formar planetas, y la teoría de la acreción central explica cómo sucede eso. Pero antes de que existieran los planetas, el disco lleno de planetesimales es un lugar desordenado.
La historia de los objetos rocosos que chocan entre sí está escrita en los cráteres que marcan las superficies de los planetas y las lunas. Pero esa es la escala macro de la historia. Los planetesimales son más que su eventual acumulación en planetas.
Una nueva investigación muestra que estos pequeños cuerpos están sujetos a vientos en contra hechos de gas y partículas en el disco protosolar que pueden golpearlos y arrojar escombros rocosos al espacio. Este es un nuevo aspecto en nuestra comprensión de cómo se forman los planetas rocosos.
(Una nota sobre terminología: un disco protosolar es el disco de gas y polvo que existe mientras se forma la estrella en el centro. Un disco protoplanetario es el mismo disco después de que la estrella se ha formado pero mientras los planetas aún se están formando).
El estudio es «Erosión eólica y transporte en planetesimales». Se publica en la revista Icarus y la autora principal es Alice Quillen, profesora de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Rochester.
El nuevo estudio se refiere a planetesimales de entre 10 y 100 km de diámetro incrustados en la nebulosa protosolar. En estas nebulosas, las estrellas aún no son realmente estrellas. Son objetos estelares jóvenes que no sufren ninguna fusión nuclear. Así que no son vientos estelares los que los azotan; son los vientos en contra en la propia nebulosa. Esos vientos en contra están formados por el gas y el polvo del disco y surgen de la diferencia de velocidad entre el material del disco y el planetesimal. También contribuyen las diferencias de temperatura y presión en diferentes regiones del disco protosolar.
«Consideramos la posibilidad de que procesos eólicos (impulsados por el viento) se produzcan en planetesimales pequeños, de 1 a 100 km de diámetro, cuando estaban incrustados en la nebulosa protosolar», escriben los autores.
Los planetesimales se forman por cohesión. Cuando pequeñas partículas chocan entre sí en la nebulosa protosolar, se pegan entre sí. Pero una nebulosa joven es un lugar caótico y desordenado. Hay colisiones que pueden agregar más material a los planetesimales o eliminar material. Las partículas y el gas pueden intercambiar momento angular y también existe presión del gas. Están sucediendo muchas cosas durante esta etapa, que puede durar varios millones de años.
Con el tiempo, se unen suficientes partículas como para que un planetesimal tome forma.
Pero hay presión de gas en el disco joven y, cuando un planetesimal lo atraviesa, lo experimenta como un viento en contra lleno de partículas. Ese viento en contra es lo suficientemente fuerte como para superar la cohesión de la superficie del planetesimal.
«El transporte de partículas eólicas (impulsado por el viento) se ha producido en muchos cuerpos del sistema solar, incluidos la Tierra, Marte, Venus, Tritón, Titán, Plutón, Ío y el cometa 67P/ChuryumovGerasimenko», escriben los autores. «La ubicuidad de los procesos eólicos en el sistema solar sugiere que las superficies planetesimales pueden ser modificadas por los vientos en contra de los discos protoestelares y las partículas dentro de ellos».
Según los autores, el viento en contra en un disco protoestelar es lo suficientemente potente como para elevar centímetros y partículas de menor tamaño de los planetesimales. Esto puede suceder en un planetesimal de 10 kilómetros de diámetro en el sistema solar interior.
Más allá de eso, en el sistema solar exterior sucede algo diferente. Las partículas del viento en contra golpean los planetesimales y eliminan partículas del tamaño de una micra de la superficie. Estas partículas pueden ser lanzadas al espacio o distribuidas nuevamente sobre la superficie del planetesimal.
Para los planetesimales de menos de 6 km de diámetro, la erosión de las partículas en el viento en contra crea una pérdida de masa en lugar de una acreción. Factores como la velocidad del viento, el tamaño de las partículas del viento en contra y el tamaño del material afectan el proceso general.
Los autores señalan como ejemplo Arrokoth, un conocido objeto del cinturón de Kuiper. Es un objeto transneptuniano que probablemente se formó en el sistema solar exterior. Probablemente se creó cuando dos objetos chocaron a una velocidad relativamente baja. «Entre las características más llamativas de Arrokoth se encuentra el terreno liso y ondulado presente en su lóbulo (o cabeza) más grande, también llamado Wenu», escriben los autores.
Arrokoth no es sólo un objeto transneptuniano; Es un cometa de la familia de Júpiter. Estos cometas comenzaron como objetos del cinturón de Kuiper, pero fueron arrastrados hacia el interior del sistema solar por la gravedad de los grandes gigantes gaseosos. Mientras que otros cometas de la familia Júpiter tienen acantilados, rocas encaramadas y abismos en sus superficies, la superficie de Arrokoth es extrañamente suave en comparación. La evidencia muestra que Arrokoth se formó cuando el disco alrededor del joven objeto estelar que se convertiría en el Sol era ópticamente grueso. Por lo tanto, su superficie no se vio afectada por la luminosidad proveniente del sol joven. Eso indica que otro proceso dio forma a su superficie.
«Los vientos de un disco protoestelar podrían explicar el suave terreno ondulado de Arrokoth, objeto del cinturón de Kuiper (486958),», escriben, pero sólo cuando había muchas partículas y sólo cuando su velocidad era baja.
Esta investigación es extremadamente detallada. Pero en general, muestra que los procesos eólicos pueden alterar las superficies de los planetesimales y desempeñar un papel en el proceso de formación de planetas. Hay muchas variables involucradas, como la velocidad del viento en contra, la presión del gas, el tamaño de las partículas y la velocidad planetesimal. A veces, las partículas se eliminan del planetesimal; a veces, vuelven a salpicar la superficie.
La principal variable es la distancia a la protoestrella. Juega un papel importante en el proceso. «Las tasas de erosión o acreción son mayores en el sistema solar interior, donde la densidad del disco es mayor», escriben los autores.
«Es probable que las interacciones entre los vientos en contra ricos en partículas y los planetesimales causen una variedad de fenómenos interesantes que podrían ser el foco de futuros estudios», concluyen los autores.
Con información de ELSEVIER
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