Un misterioso agujero dentro del disco protoplanetario del sistema solar

Los científicos han encontrado evidencia de que el sistema solar primitivo albergaba una brecha entre sus regiones internas y externas.

El límite cósmico, probablemente causado por el joven Júpiter O un viento emergente, que probablemente haya dado forma a la formación de los planetas menores.

En el sistema solar primitivo, un «disco protoplanetario» de polvo y gas orbitaba el sol y finalmente se fusionó en los planetas que conocemos hoy.

Nuevo análisis de meteoritos antiguos por científicos en Con En otra parte, informan de una misteriosa brecha dentro de este disco hace unos 4.567 millones de años, cerca del sitio donde se encuentra hoy el cinturón de asteroides.

Los resultados del equipo se publicaron el 15 de octubre de 2021 en progreso de la ciencia, proporcionan evidencia directa de esta brecha.

«Durante la última década, las observaciones han demostrado que las cavidades, huecos y anillos son comunes en los discos alrededor de otras estrellas jóvenes», dice Benjamin Weiss, profesor de ciencias planetarias en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. «Estas son señales importantes pero poco entendidas de los procesos físicos por los cuales el gas y el polvo se transforman en el sol y en planetas jóvenes».

Asimismo, la causa de esta brecha en nuestro sistema solar sigue siendo un misterio. Una posibilidad es que Júpiter haya tenido influencia. Cuando se formó el gigante gaseoso, su inmensa gravedad podría haber empujado el gas y el polvo hacia los bordes, dejando un espacio en el disco en desarrollo.

Otra explicación puede tener que ver con el viento que emerge de la superficie del disco. Los primeros sistemas planetarios están sujetos a fuertes campos magnéticos. Cuando estos campos interactúan con un disco giratorio de gas y polvo, pueden producir vientos lo suficientemente fuertes como para soplar el material, dejando un gran agujero en el disco.

Independientemente de sus orígenes, la brecha en el Sistema Solar temprano probablemente sirvió como un límite cósmico, evitando que el material a ambos lados interactuara. Esta separación física podría haber dado forma a la formación de los planetas del sistema solar. Por ejemplo, en el lado interior de la brecha, el gas y el polvo se unieron como planetas terrestres, incluida la Tierra y Marte, mientras el gas y el polvo descendían hasta el otro lado del espacio formado en regiones heladas, como Júpiter y sus gigantes gaseosos vecinos.

«Es muy difícil superar esa brecha, y el planeta va a necesitar mucho torque e impulso externos», dice el autor principal y estudiante graduado de EAPS Cauê Borlina. «Entonces, esto proporciona evidencia de que la formación de nuestros planetas se limitó a regiones específicas en el sistema solar temprano».

Los coautores con Weiss y Borlina incluyen a Eduardo Lima, Nilanjan Chatterjee y Elias Mansbach del Instituto de Tecnología de Massachusetts. James Bryson de la Universidad de Oxford; y Xue-Ning Bai de la Universidad de Tsinghua.

dividido en el espacio

Durante la última década, los científicos han observado una extraña división en la composición de los meteoritos que llegaron a la Tierra. Estas rocas espaciales se formaron originalmente en diferentes momentos y lugares cuando se estaba formando el sistema solar. Los analizados muestran uno de los dos grupos de isótopos. Rara vez se ha encontrado que los meteoritos muestren ambos, un misterio conocido como «división isotópica».

Los científicos han sugerido que esta división puede ser el resultado de una brecha en el disco del Sistema Solar temprano, pero esta brecha no se ha confirmado directamente.

El grupo de Weiss analiza meteoritos en busca de signos de campos magnéticos antiguos. Cuando se forma un nuevo sistema planetario, lleva consigo un campo magnético, cuya fuerza y ​​dirección pueden cambiar dependiendo de los diversos procesos dentro del disco en evolución. Cuando el polvo viejo se acumula en gránulos conocidos como cartílago, los electrones dentro del cartílago se alinean con el campo magnético en el que se formaron.

Los cóndrulos pueden ser más pequeños que el diámetro de un cabello humano y se encuentran hoy en los meteoritos. El grupo de Weiss se especializa en medir cartílagos para determinar los campos magnéticos antiguos en los que se formaron originalmente.

En un trabajo anterior, el grupo analizó muestras de uno de los dos grupos de isótopos de meteoritos, conocidos como meteoritos no carbonosos. Se cree que estas rocas se originaron en un «reservorio» o región del Sistema Solar temprano, relativamente cerca del Sol. El grupo de Weiss identificó previamente el antiguo campo magnético en muestras de esta región cercana.

Desajuste de meteoritos

En su nuevo estudio, los investigadores se preguntaron si el campo magnético sería el mismo en el segundo grupo isotópico de meteoritos de «carbono», que, según su composición isotópica, se cree que se originaron más lejos en el sistema solar.

Analizaron el cartílago, cada uno de unos 100 micrones, de dos meteoritos carbonosos descubiertos en la Antártida. Utilizando el interferómetro cuántico superconductor, o SQUID, un microscopio de alta resolución en el laboratorio de Weiss, el equipo determinó el antiguo campo magnético original de cada condrule.

Sorprendentemente, encontraron que la fuerza de su campo era más fuerte que la de los meteoritos no carbonatados más cercanos que habían medido previamente. A medida que se forman los sistemas planetarios modernos, los científicos predicen que la fuerza del campo magnético debería decaer con la distancia al sol.

Por el contrario, Borlina y sus colegas encontraron que los cartílagos distales tienen un campo magnético más fuerte, alrededor de 100 μT, en comparación con el campo de 50 μT en el cartílago proximal. Como referencia, el campo magnético de la Tierra hoy es de aproximadamente 50 microtesla.

El campo magnético de un sistema planetario es una medida de su tasa de acreción, o la cantidad de gas y polvo que puede atraer hacia su centro con el tiempo. Según el campo magnético del menisco carbónico, la región exterior del sistema solar debe haber acumulado mucha más masa que la región interior.

Usando modelos para simular diferentes escenarios, el equipo concluyó que la explicación más probable del desajuste en las tasas de acreción es una brecha entre las regiones interna y externa, lo que podría reducir la cantidad de gas y polvo que fluye hacia el sol desde las regiones externas.

«Las tapas son comunes en los sistemas protoplanetarios, y ahora estamos demostrando que tenemos una en nuestro propio sistema solar», dice Borlina. «Esto da una respuesta a esta extraña división que vemos en los meteoritos y proporciona evidencia de que las cavidades influyen en la formación planetaria».

Referencia: “Evidencia paleomagnética para una infraestructura de disco en el sistema solar temprano” por Kawi S. Burlina, Benjamin B. Weiss, James FJ Bryson, Shui Ning Bai, Eduardo A. Lima, Nilangan Chatterjee y Elias N. Mansbach, 15 de octubre de 2021 , progreso de la ciencia.
DOI: 10.1126 / sciadv.abj6928

Esta investigación fue apoyada, en parte, por NASAy la Fundación Nacional de Ciencias.