enero 20, 2022

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Los anillos en el sistema solar primitivo convirtieron a nuestro planeta en una super-Tierra

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Hasta el momento, un total de 4884 exoplanetas Confirmado en 3659 sistemas, con 8414 candidatos adicionales en espera de confirmación. Mientras estudiaban estos nuevos mundos, los astrónomos notaron algo interesante sobre los planetas “rocosos”. Dado que la Tierra es rocosa y el único planeta conocido donde puede existir vida, los astrónomos sienten curiosidad por este tipo particular de planeta. Curiosamente, la mayoría de los planetas rocosos descubiertos hasta ahora tenían un tamaño y una masa muchas veces el tamaño de la Tierra.

subordinar 1702 planeta rocoso Se ha confirmado hasta ahora que la mayoría (1516) eran de “súper-Tierras”, mientras que solo 186 eran similares en tamaño y masa a la Tierra. Esto plantea la pregunta: ¿la Tierra es remota o aún no tenemos suficientes datos para determinar qué tan comunes son los planetas “similares a la Tierra”? de acuerdo a nueva búsqueda Por un equipo internacional dirigido por la Universidad de Rice, todo puede relacionarse con anillos protoplanetarios de polvo y gas en un sistema solar primitivo.

El equipo está formado por investigadores de Departamento de Ciencias Planetarias, Ambientales y de la Tierra (EEPS) en la Universidad de Rice, Houston, Texas. A ellos se unen astrofísicos de Laboratorio de astrofísica de Purdue (LABORATORIO), y Instituto de Investigación del Suroeste (SwRI) en Boulder, Colorado, y Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania. Sus hallazgos se compartieron en un artículo de investigación publicado recientemente en la revista astronomía natural.

Esta notable imagen del instrumento SPHERE del Very Large Telescope de ESO es la primera imagen clara de un planeta tomada durante el mismo proceso de formación alrededor de la estrella enana PDS 70. Crédito: ESO / A. Muller et al.

Ingeniería del Sistema Solar

De acuerdo con la teoría más ampliamente aceptada de formación planetaria (hipótesis de la nebulosa)Los sistemas solares comienzan como nubes de polvo y gas. Con el tiempo, esta nube comenzará a rotar y fusionarse tanto que sufrirá un colapso gravitatorio en el centro y generará un nuevo sol. La nebulosa restante se asentará en anillos giratorios debido al momento angular de la estrella, que se acumulará lentamente para formar planetas menores (y eventualmente planetas).

Estos anillos suelen contener estructuras en forma de huecos, que influirán profundamente en las órbitas de los futuros planetas. Como planteó la hipótesis del equipo de Rice, algo sucedió durante este período en la historia del sistema solar para evitar que la Tierra se convirtiera en una súper Tierra. Astrofísico en la Universidad de Rice Andrei Isidoro, quien dirigió la investigación, explicó en la Universidad de Rice presione soltar:

“Si las supertierras son tan comunes, ¿por qué no tenemos una en el sistema solar? Sugerimos que las jorobas de presión produjeron depósitos separados de materia de disco en el sistema solar interior y exterior y regularon la cantidad de material disponible para el desarrollo planetario en el sistema solar interior”.

Según preciosos modelos de formación de planetas, los discos protoplanetarios se vuelven menos densos en términos de distancia a la estrella. Sin embargo, las simulaciones por computadora han demostrado que es poco probable que se formen planetas en un disco blando. “En un disco liso, todas las partículas sólidas, granos de polvo o roca, deben ser atraídas hacia adentro muy rápidamente y perderse en la estrella”. andrea isela, profesor asistente de física y astronomía en Rice y coautor del estudio. “Uno necesita algo que los detenga para darles tiempo de convertirse en planetas”.

La imagen más precisa de ALMA muestra el disco protoplanetario que rodea a la joven estrella HL Tauri. Crédito: Andrea Isela/Universidad Rice

golpes de presión

Cuando las partículas de polvo se mueven más rápido que el gas que las rodea, reciben un “viento en contra” que las hace moverse muy rápidamente hacia la estrella. En los golpes de presión, la presión del gas aumenta, lo que hace que las moléculas de gas se muevan más rápido mientras que las moléculas sólidas se ralentizan, lo que les permite acumularse. estos golpes, Isabel dijo, observado en discos protoplanetarios por astrónomos usando Gran Grupo Atacama Milímetro/Metro (ALMA) en 2013.

“ALMA puede tomar imágenes muy nítidas de sistemas planetarios jóvenes que aún se están formando, y hemos encontrado que muchos de los discos protoplanetarios en estos sistemas presentan anillos. El efecto del golpe de presión es que recoge partículas de polvo, lo cual es por qué vemos los anillos Estos anillos son regiones Tiene más partículas de polvo que en los espacios entre los anillos “.

Su modelo involucró la formación de tres protuberancias de alta presión dentro del joven disco protoplanetario del sol donde las partículas que caen hacia el sol liberan grandes cantidades de gas vaporizado. “Es solo una función de la distancia a la estrella”, dijo un coautor, “porque la temperatura aumenta cuanto más te acercas a la estrella”. Rajdeep Dasgupta, Profesor Maurice Ewing de Ciencias de Sistemas Terrestres en Rice. “El punto en el que la temperatura es lo suficientemente alta como para vaporizar el hielo, por ejemplo, es la línea de sublimación que llamamos línea de nieve. “

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En cualquier caso, las tres protuberancias de presión en la simulación de Rice coincidieron con las vetas de sublimación de silicato, agua y monóxido de carbono, es decir, la línea en la que estas protuberancias se convierten en vapor. Siendo el anillo más cercano al Sol, el anillo de silicato es donde se formarán Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. El anillo central apareció en la “línea de nieve” entre Marte y Júpiter, mientras que el anillo exterior coincidió con el cinturón de Kuiper.

Ilustración de tres anillos distintos de formación de planetas que pueden haber producido planetas y otras características del sistema solar. Crédito: Universidad Rice / Rajdeep Dasgupta (y otros)

Para probar este modelo, Isodoro y su equipo ejecutaron cientos de simulaciones de supercomputadoras para reconfigurar el sistema solar. Los resultados demostraron ser una mejora significativa con respecto a los modelos anteriores de formación del sistema solar. Las simulaciones no solo produjeron anillos como los que se ven en muchos sistemas estelares jóvenes, sino que también reprodujeron muchas características del sistema solar que los modelos anteriores no pudieron reproducir. Esto incluía:

  • El cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter contiene objetos del sistema solar interior y exterior.
  • Las posiciones y órbitas estables (semicirculares) de Mercurio, Venus, la Tierra y Marte
  • Evaluación precisa de los planetas interiores rocosos.
  • Composición química entre los planetas del sistema solar interior y exterior.
  • a Cinturón de cobre de pequeños objetos, asteroides y cometas fuera de la órbita de Neptuno

Estas simulaciones mostraron efectivamente cómo se acumula el polvo en los discos de los protoplanetas a medida que se enfrían y sus rayas de sublimación migran hacia el sol. Con el tiempo, esto dará lugar a los planetas menores, que se unirán para formar los planetas. En estudios anteriores, los astrónomos plantearon la hipótesis de que podrían formarse planetas menores si el polvo estuviera lo suficientemente concentrado, pero no existe un mecanismo conocido para explicar cómo se acumula el polvo. Él dijo Izodoro:

Nuestro modelo muestra que las jorobas de presión pueden concentrar el polvo, y las jorobas de presión en movimiento pueden actuar como fábricas planetarias. Simulamos la formación de planetas comenzando con granos de polvo y cubriendo muchas etapas diferentes, desde granos de tamaño milimétrico hasta pequeños planetas y luego planetas”.

Una copia clasificada de cuatro de los veinte discos que componen el sondeo de alta resolución de ALMA de discos protoplanetarios cercanos. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) S. Andrews et al. ; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Una mejora que ofrece el modelo del equipo de Rice con respecto a las simulaciones anteriores es la precisión con la que predice la masa de Marte. En simulaciones anteriores, se esperaba que Marte fuera mucho más grande; En algunos casos, alcanza diez veces la masa de la Tierra. Por el contrario, el modelo del equipo de Rice predijo correctamente la verdadera masa de Marte (alrededor del 10% de la de la Tierra) porque mostró que Marte nació en una región del disco de baja masa. También abordó por qué los planetas del tamaño de la Tierra parecen ser una minoría de exoplanetas rocosos.

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Según algunas simulaciones, un retraso en la aparición del anillo central condujo a la formación de súper-Tierras, lo que indica la importancia del momento de la compresión. “Para cuando se formó el golpe de presión en esos casos, gran parte de la masa ya había invadido el sistema interno y estaba disponible para hacer supertierras”, Isodoro adicional. “Entonces, el momento en que se formó este bulto de presión media puede ser un aspecto clave del sistema solar”.

Por último, pero no menos importante, el modelo proporciona una explicación convincente de dos misterios relacionados con la composición química del sistema solar. Primero, hay una clara diferencia en la composición entre los planetas rocosos del sistema solar interior y los gigantes de gas/hielo y los cuerpos helados del sistema solar exterior. En segundo lugar, está el hecho de que ambos tipos de objetos se encuentran en el cinturón principal de asteroides entre el sistema solar interior y exterior.

Con respecto al primer acertijo, las simulaciones del equipo mostraron que el anillo central podría explicar la separación química al evitar que el material del sistema solar exterior ingrese al sistema interno. En cuanto al segundo, las simulaciones predijeron la ubicación correcta del cinturón de asteroides y mostraron que estaba alimentado por objetos tanto de la región interna como externa. Al observar el disco protoplanetario como una serie de anillos en lugar de un disco uniforme, el modelo del equipo de Rice brinda una respuesta precisa a estas preguntas sin resolver.

Lectura profunda: Universidad de arrozY astronomía natural

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