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CIENCIA. ¿Cómo se formó nuestro Sistema solar?

 


Hacer preguntas sobre de dónde venimos es uno de los rasgos que nos distingue como claramente humanos. Sin embargo, esta racha inquisitiva no siempre nos ha llevado en la dirección correcta, especialmente cuando pensamos que somos más importantes de lo que somos en última instancia.

La historia de nuestra búsqueda para descubrir cómo se formó nuestro Sistema Solar está plagada de comienzos en falso, y uno que los astrónomos aún están refinando. Los pensadores más grandes del mundo originalmente tenían a la Tierra en el centro de la creación, con el Sol, la Luna, los planetas y las estrellas dando vueltas a nuestro alrededor. Es una idea que duró más de 1.000 años, que se remonta a los días de Aristóteles y la Antigua Grecia.

No fue hasta que el astrónomo y matemático polaco Nicolaus Copernicus desafió esta idea en el siglo XVI que la marea de opinión comenzó a cambiar. Dijo que los planetas, incluida la Tierra, orbitan alrededor de un Sol central (sistema heliocéntrico).

Planisferio del Universo según Nicolaus Copernicus, 1473-1543 © Getty Images

Teorías en competencia sobre el origen del Sistema Solar

A mediados de la década de 1700, el matemático francés Georges-Louis Leclerc estaba sugiriendo que los planetas se formaron cuando un cometa chocó contra el Sol, enviando grandes cantidades de material hacia afuera. Con el tiempo, dijo, la gravedad reunió este material para formar mundos en órbita. A finales de siglo, el compatriota de Leclerc, Pierre-Simon Laplace, había demostrado que esto era imposible: cualquier material expulsado habría sido atraído por la gravedad del Sol.

El propio Laplace comenzó entonces a formular una imagen alternativa. La invención del telescopio había permitido a los astrónomos descubrir una serie de manchas difusas esparcidas por el cielo nocturno. Los llamaron ' nebulosas ', que en latín significa 'nubes'. Laplace sugirió que el Sol se había formado a partir de tal nube. A medida que la nube colapsaba bajo la gravedad, giraba cada vez más rápido, como un patinador sobre hielo tirando de sus brazos.

Según Laplace, el material habría salido despedido del Sol a medida que se aceleraba su rotación, creando un disco plano que rodeaba a la estrella. Los planetas se formaron luego cuando la gravedad reunió este material. Sin embargo, a principios del siglo XX, la idea de Laplace casi había sido abandonada. El principal problema era que si esta imagen era correcta, el Sol debería estar girando mucho más rápido de lo que lo hace, y los planetas deberían estar girando a un ritmo más tranquilo.


Dibujo de una nebulosa solar primordial, el lugar de nacimiento de las estrellas © Getty Images

Incapaces de conciliar este problema, astrónomos como Sir James Jeans recurrieron a una explicación alternativa. En 1917, Jeans propuso que otra estrella estuviera involucrada en la formación del Sistema Solar. Cuando esta estrella intrusa pasó zumbando junto al Sol, su fuerte gravedad habría arrancado una cantidad significativa de material estelar. Eso, dijo Jeans, proporcionó los bloques de construcción necesarios para formar los planetas.

Pero su idea no duró mucho. En 1929, se había demostrado que un encuentro tan cercano era extremadamente improbable debido a la inmensidad del espacio. Es más, incluso si hubiera ocurrido, el Sol habría reabsorbido gran parte del material perdido. Sin un paradigma claro, continuaron surgiendo nuevas teorías a medida que avanzaban las décadas.

En la década de 1940, el astrónomo británico Fred Hoyle propuso que el Sol alguna vez tuvo una estrella compañera mucho más grande que había explotado como una supernova. Parte de la metralla resultante fue atrapada por la gravedad del Sol, y luego se unió para formar los planetas. Pero eso tampoco se sostuvo, en parte porque no podía explicar las bajas masas de Mercurio y Marte.

Fred Hoyle, profesor de astronomía y filosofía experimental en la Universidad de Cambridge © Getty Images

No fue hasta la década de 1970 que las cosas empezaron a tener más sentido, cuando los astrónomos volvieron a la teoría de la nebulosa de Laplace. El principal problema con esta teoría, que la rotación observada del Sol fue más lenta de lo esperado, podría eliminarse si el arrastre causado por los granos de polvo en la nube circundante hubiera ayudado a frenar.

Esta idea fue impulsada significativamente a principios de la década de 1980 cuando los astrónomos detectaron discos polvorientos y planos de material ubicados alrededor de estrellas jóvenes, llamados discos protoplanetarios o 'proplyds'. Esto capturó efectivamente la formación de planetas en el acto en otras partes del espacio.

Planeta orbitando una estrella © Getty Images



Sistemas solares alienígenas
Observar otros sistemas solares es ahora clave para comprender cómo se formó el nuestro. Pero hasta mediados de la década de 1990, nadie había visto un planeta en órbita alrededor de otra estrella como el Sol. Eso cambió en 1995 con el descubrimiento de un mundo que rodeaba a la estrella 51 Pegasi.

En las últimas dos décadas, los astrónomos han descubierto más de 3.000 planetas en otros sistemas solares, los llamados ' exoplanetas '. Pero desde el principio quedó claro que estos vecindarios extraterrestres no eran todos imágenes de espejo perfectas de los nuestros.

Por ejemplo, un planeta del sistema 51 Pegasi, que desde entonces ha sido llamado Dimidium, tarda poco más de cuatro días en orbitar la estrella 51 Pegasi. Está casi ocho veces más cerca de su estrella que Mercurio del Sol. Además, Dimidium tiene aproximadamente la mitad de la masa de Júpiter, lo que lo convierte en un planeta mucho más grande que Mercurio.

Una estrella joven está rodeada por una formación de polvo y gas conocida como 'disco protoplanetario', en el que se están formando nuevos planetas © ESO

Bajo la simple imagen de los planetas que se forman a partir de los escombros de una estrella recién nacida, es increíblemente difícil lograr que un mundo tan gigante se forme tan cerca de su anfitrión. Una explicación más viable es que el planeta se formó mucho más lejos de la estrella y luego migró hacia adentro con el tiempo. Aquí había pruebas contundentes de que las órbitas planetarias no eran fijas, pero podían vagar significativamente. Fortalecidos por estos descubrimientos, los astrónomos comenzaron a mirar nuestro propio Sistema Solar con ojos nuevos.

En 2005, una década después del descubrimiento de Dimidium, un grupo de astrónomos propuso el modelo Nice (llamado así por la ciudad Niza de Francia donde se formuló por primera vez). El quid de esta idea es que los planetas gigantes de nuestro Sistema Solar (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) comenzaron mucho más juntos. Con el tiempo, Júpiter se movió hacia adentro hacia el Sol mientras los otros tres planetas se movían hacia afuera. En algunos escenarios, Urano y Neptuno incluso intercambian orden.

El movimiento de Júpiter hacia el Sol habría dispersado muchos cuerpos más pequeños, como un perro corriendo entre una multitud de palomas. Muchos de estos fugitivos habrían terminado en el interior del Sistema Solar, creando un pico agudo en la cantidad de meteoros que llueven sobre los planetas rocosos y sus lunas. Y, de hecho, hay evidencia de un aumento en la actividad de impacto en la Luna hace entre 3.8 y 4.1 mil millones de años (cualquier evidencia de impactos en la Tierra se habría erosionado hace mucho tiempo), aproximademente cuando se formó nuestro sistema solar.

El movimiento hacia afuera de Neptuno también habría enviado cuerpos más pequeños corriendo más lejos del Sol, ayudando a explicar el Cinturón de Kuiper y el Disco Disperso, dos depósitos de objetos más pequeños en los confines del Sistema Solar.


El modelo Niza (Nice) © Alamy



Nibiru, el planeta que se esconde en nuestro Sistema Solar
Sin embargo, si bien fue un gran paso adelante, este modelo original de Niza estuvo lejos de ser perfecto. Al usar una simulación por computadora para recrear las interacciones gravitacionales entre los cuatro planetas gigantes, los astrónomos solo terminaron con un Sistema Solar que se parecía al nuestro alrededor del 3 por ciento de las veces.

Pero con una pequeña modificación podrían aumentar esto al 23 por ciento. ¿La modificación? La adición de un quinto planeta gigante. Sin embargo, solo hemos visto cuatro mundos gigantes. Entonces, si vamos a tomar esta explicación en serio, debemos poder decir lo que le sucedió a este otro planeta.

Bien podría haber sido expulsado del Sistema Solar por completo durante la migración de sus vecinos, un planeta huérfano dejado vagar por el negro vacío del espacio. Los astrónomos ya han encontrado algunos ejemplos de estos llamados 'planetas rebeldes', por lo que la idea está lejos de ser ridícula.

El modelo de Niza del sistema solar se basa en la existencia de un quinto planeta gigante, como Júpiter (visto aquí desde la Voyager 2) © Getty Images

Pero hay una explicación alternativa, más tentadora: este quinto planeta gigante todavía está aquí en nuestro propio Sistema Solar, esperando que lo encontremos. El rumor en torno a este mundo posible, denominado ' Planeta Nueve ' o Nibiru , ha sido uno de los desarrollos astronómicos más emocionantes de los últimos años.

En 2014, un equipo de astrónomos notó que varios objetos pequeños que orbitan alrededor del Sol más allá de Neptuno tenían órbitas muy similares. Luego, en enero de 2016, se anunció que se habían encontrado más objetos comportándose de la misma manera. La probabilidad de que tales características compartidas se deba al azar se ha calculado en solo el 0,007%.

La explicación principal es que hay un planeta extra, al menos 10 veces más masivo que la Tierra, acechando en la oscuridad y alineando los pequeños objetos tirando de ellos con su gravedad.

Si el Planeta Nueve realmente existe, la razón por la que ha pasado desapercibido hasta ahora es su gran distancia del Sol. Su órbita lo lleva aproximadamente 1.200 veces más lejos del Sol que de la Tierra, lo que significa que es probable que parezca al menos 600 veces más débil que el planeta enano Plutón.

A menos que supiera exactamente dónde buscar, fácilmente se lo pasaría por alto. Ahora se está llevando a cabo una búsqueda dedicada a cazarlo.

Estas últimas aventuras astronómicas nos muestran que la historia de la formación de nuestro Sistema Solar es todavía un trabajo en progreso. 


Nuevas pistas sobre la formación de nuestro sistema solar

Los elementos radiactivos podrían haber sido transportados al sistema solar naciente por una estrella cercana en explosión (una supernova) o por los fuertes vientos estelares de un tipo de estrella masiva conocida como estrella Wolf-Rayet. La presencia de material radiactivo en el nacimiento del Sistema Solar ha sido un rompecabezas gigante durante los últimos 50 años.

Los autores del nuevo estudio utilizaron observaciones de múltiples longitudes de onda de la región de formación estelar de Ophiuchus, incluidos nuevos y espectaculares datos infrarrojos de la encuesta VISIONS de Viena, actualmente en curso en el telescopio de exploración de ESO en el desierto chileno, que revela las interacciones entre las nubes. de gas de formación de estrellas y radionucleidos producidos en el cúmulo de estrellas jóvenes más cercano. Sus hallazgos indican que las supernovas de la generación anterior de estrellas son la fuente más probable de radionucleidos de vida corta en las nubes de formación estelar.

“Nuestro sistema solar probablemente se formó en una nube molecular gigante junto con un cúmulo estelar joven, y uno o más eventos de supernovas de algunas estrellas masivas en este cúmulo contaminaron el gas que se convirtió en el sol y su sistema planetario”, dice el co-autor Douglas NC Lin de UC Santa Cruz. "Aunque este escenario fue en el pasado, la fortaleza de este documento es utilizar observaciones de múltiples longitudes de onda y un análisis estadístico sofisticado para deducir una medida cuantitativa de la probabilidad del modelo".

L1688: el cúmulo estelar formador de estrellas más cercano a la Tierra. Se trata de una composición en color de imágenes de infrarrojo cercano tomadas por la encuesta VISIONS de Viena. Fuente: © João Alves

El complejo de nubes de Ophiuchus contiene muchos núcleos protoestelares densos en varias etapas de formación de estrellas y desarrollo de discos protoplanetarios, que representan las primeras etapas en la formación de un sistema planetario. Al combinar datos de imágenes en longitudes de onda que van desde milímetros hasta rayos gamma, los investigadores pudieron visualizar un flujo de aluminio-26 desde el cúmulo de estrellas cercano hacia la región de formación estelar de Ophiuchus.

No hay nada especial en Ophiuchus como región de formación estelar. Es solo una configuración típica de gas y estrellas masivas jóvenes, por lo que los nuevos resultados deberían ser representativos del enriquecimiento de elementos radiactivos de vida corta en la formación de estrellas y planetas a lo largo de la Vía Láctea. Después de todo, no somos tan especiales, y deberíamos esperar que muchos otros sistemas solares como el nuestro floten en la Vía Láctea.

Los nuevos hallazgos también muestran que la cantidad de radionúclidos de vida corta incorporados en sistemas estelares recién formados puede variar ampliamente. Muchos nuevos sistemas estelares nacerán con abundancias de aluminio-26 en línea con nuestro sistema solar, pero la variación es enorme, varios órdenes de magnitud. Esto es importante para la evolución temprana de los sistemas planetarios, ya que el aluminio-26 es la principal fuente de calentamiento temprano. Más aluminio-26 probablemente significa planetas más secos.

Estrella de Wolf-Rayet. Fuente: Hubble Legacy Archive, NASA, ESA – Processing: Judy Schmidt


Glosario

Exoplaneta: cualquier planeta que orbita alrededor de una estrella que no sea nuestro Sol. El primer exoplaneta que orbita una estrella similar al Sol se encontró en 1995.

Migración: la idea de que las órbitas de los planetas en un sistema solar pueden cambiar considerablemente con el tiempo. Se cree que Júpiter migró hacia el interior de nuestro Sistema Solar.

Nebulosa: una gran nube de gas y polvo en el espacio interestelar. Algunas nebulosas pueden considerarse fábricas de estrellas. Durante muchos millones de años, la gravedad colapsa lentamente la nube hasta que la temperatura y la presión son suficientes para encender un nuevo grupo de estrellas.

Proplyd: abreviatura de "disco protoplanetario". Estos son anillos oscuros y planos alrededor de estrellas recién formadas que los astrónomos creen que terminarán como planetas.

Vórtice: una masa giratoria de líquido o aire, especialmente un remolino o un torbellino. Descartes creía que un mecanismo similar era responsable de por qué los planetas orbitan alrededor del Sol.


El origen del Sistema Solar: una cronología de descubrimientos

Nicolaus Copernicus (1473-1543) - Nacido en Polonia, Copérnico trabajó en muchas áreas del pensamiento intelectual desde la economía y la política hasta la medicina, pero es más conocido por su trabajo sobre las órbitas de los planetas.

1543 - Copérnico publica De Revolutionibus Orbium Coelestium (Sobre las revoluciones de las esferas celestiales) exponiendo sus ideas sobre el heliocentrismo. Es uno de los libros más importantes jamás escritos. Copérnico solo ve el texto publicado en su lecho de muerte.

'De Revolutionibus Orbium Coelestium' © Getty Images

Galileo Galilei (1564-1642) - El abuelo de la astronomía moderna, Galileo fue la primera persona en apuntar el telescopio hacia el cielo nocturno de una manera significativa, revolucionando nuestras ideas sobre nuestro lugar en el espacio.

Galileo Galilei, 1636 © Alamy

Pierre-Simon Laplace (1749-1827) - No contento con un trabajo valioso sobre la formación de estrellas, este influyente científico francés fue uno de los primeros en imaginar el concepto de agujeros negros: una estrella con una gravedad lo suficientemente fuerte como para evitar que algo se escape.

1796 - Laplace propone su modelo de nebulosa para la formación del Sistema Solar, al que los astrónomos volverían más de 150 años después.

Ilustración que muestra la teoría de Laplace © Getty Images

Sir James Jeans (1877-1946) - El astrónomo británico James Jeans dio su nombre a la 'Masa de Jeans'. Si una nebulosa alcanza este punto crítico, sufrirá una contracción gravitacional irreversible y desencadenará la formación de estrellas.

1995 - Los astrónomos descubren el primer planeta en órbita alrededor de otra estrella como nuestro Sol, marcando el comienzo de la era de la astronomía de exoplanetas que ha visto más de 3.000 nuevos mundos descubiertos.

2005 - Se publica la primera encarnación del modelo de Niza, la imagen más completa hasta la fecha de cómo surgió nuestro Sistema Solar. Utiliza la idea de la migración planetaria.

Mike Brown (1965-) - Como el autodenominado "Asesino de Plutón", Brown ha sido uno de los descubridores más prolíficos de objetos ubicados más allá de la órbita de Neptuno. En 2005, Brown y su equipo encontraron un objeto llamado Eris y ese hallazgo selló el destino de PlutónÉl es fundamental en la búsqueda actual del Planeta Nueve.

2014 - Comienzan a surgir las primeras señales de que puede haber un noveno planeta en nuestro Sistema Solar.

2021.- “A Solar System formation analogue in the Ophiuchus star-forming complex” by John C. Forbes, João Alves and Douglas N. C. Lin, 16 August 2021, Nature AstronomyDOI: 10.1038/s41550-021-01442-9

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