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ASTRONOMÍA. El sistema solar primitivo albergaba una brecha entre sus regiones internas y externas

 

En el sistema solar temprano, un "disco protoplanetario" de polvo y gas giraba alrededor del sol y finalmente se fusionó en los planetas que conocemos hoy.

Un nuevo análisis de meteoritos antiguos realizado por científicos del MIT y otros lugares sugiere que existió una misteriosa brecha dentro de este disco hace alrededor de 4.567 millones de años, cerca de la ubicación donde reside hoy el cinturón de asteroides.

Los resultados del equipo, que aparecen hoy en Science Advances , 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  ", dice Benjamin Weiss, profesor de ciencias planetarias en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias (EAPS) del MIT. "Estas son firmas importantes, pero poco entendidas, de los procesos físicos mediante los cuales el gas y el polvo se transforman en el sol y los planetas jóvenes".

Asimismo, la causa de tal brecha en nuestro propio sistema solar sigue siendo un misterio. Una posibilidad es que Júpiter haya sido una influencia. A medida que el gigante gaseoso tomó forma, su inmensa atracción gravitacional podría haber empujado el gas y el polvo hacia las afueras, dejando un espacio en el disco en desarrollo.

Otra explicación puede tener que ver con los vientos que emergen de la superficie del disco. Los primeros  están gobernados por Cuando estos campos interactúan con un disco giratorio de gas y polvo, pueden producir vientos lo suficientemente poderosos como para expulsar material, dejando un espacio en el disco.

Independientemente de sus orígenes, una 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 composición de los planetas del sistema solar. Por ejemplo, en el lado interior del espacio, el gas y el polvo se fusionaron como planetas terrestres, incluidos la Tierra y Marte, mientras que el gas y el polvo se relegaron al lado más alejado del espacio formado en regiones más heladas, como Júpiter y sus gigantes gaseosos vecinos.

"Es bastante difícil cruzar esta brecha, y un planeta necesitaría 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 estaba restringida a regiones específicas en el sistema solar temprano".

Una división en el espacio

Durante la última década, los científicos han observado una curiosa división en la composición de los meteoritos que han llegado a la Tierra. Estas rocas espaciales se formaron originalmente en diferentes momentos y lugares a medida que el sistema solar tomaba forma. Aquellos que han sido analizados exhiben una de dos combinaciones de isótopos. Rara vez se ha encontrado que los meteoritos exhiban ambos, un enigma conocido como la "dicotomía isotópica".

Los científicos han propuesto que esta dicotomía puede ser el resultado de una brecha en el disco del sistema solar temprano, pero dicha brecha no se ha confirmado directamente.

Los científicos analizan meteoritos en busca de signos de campos magnéticos antiguos. A medida que un sistema planetario joven toma forma, lleva consigo un campo magnético, cuya fuerza y ​​dirección pueden cambiar dependiendo de varios procesos dentro del disco en evolución. A medida que el polvo antiguo se reunía en granos conocidos como condrules, los electrones dentro de los condrules se alineaban con el campo magnético en el que se formaron.

Los condrules 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 condrules para identificar los campos magnéticos antiguos en los que se formaron originalmente.

En un trabajo anterior, el grupo investigador analizó muestras de uno de los dos grupos isotópicos de meteoritos, conocidos como meteoritos no carbonosos. Se cree que estas rocas se originaron en un "depósito" o región del  , relativamente cerca del sol. El grupo identificó previamente el antiguo campo magnético en muestras de esta región cercana.

Un desajuste de meteoritos

En su nuevo estudio, los investigadores se preguntaron si el campo magnético sería el mismo en el segundo grupo de meteoritos isotópicos, "carbonosos", que, a juzgar por su composición isotópica, se cree que se originaron más lejos en el sistema solar.

Analizaron condrules, cada uno de unas 100 micras, de dos meteoritos carbonosos que se descubrieron en la Antártida. Utilizando el dispositivo de interferencia cuántica superconductora, o SQUID, un microscopio de alta precisión en el laboratorio de Weiss, el equipo determinó el antiguo campo magnético original de cada cóndrulo.

Sorprendentemente, encontraron que la fuerza de su campo era más fuerte que la de los meteoritos no carbonosos más cercanos que habían medido previamente. A medida que los sistemas planetarios jóvenes van tomando forma, los científicos esperan que la fuerza del campo magnético decaiga con la distancia al sol.

En contraste, Borlina y sus colegas encontraron que los cóndrulos más lejanos tenían un campo magnético más fuerte, de aproximadamente 100 microteslas, en comparación con un campo de 50 microteslas en los cóndrulos más cercanos. Como referencia, el campo magnético de la Tierra hoy es de alrededor de 50 microteslas.

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 a su centro con el tiempo. Basado en el  los cóndrulos carbonosos , la región exterior del sistema solar debe haber estado acumulando mucha más masa que la región interior.

Utilizando modelos para simular varios escenarios, el equipo concluyó que la explicación más probable del desajuste en las tasas de acreción es la existencia de una brecha entre las regiones interior y exterior, lo que podría haber reducido la cantidad de gas y polvo que fluye hacia el sol desde el regiones exteriores.

Las brechas son comunes en los sistemas protoplanetarios, y ahora se ha demostrado que existía una en nuestro propio sistema solar. Esto da la respuesta a esta extraña dicotomía que se observa en los meteoritos y proporciona evidencia de que las brechas afectan la composición de los planetas.

Más información: Caue Borlina, Paleomagnetic Evidence for a Disk Substructure in the Early Solar System, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abj6928www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj6928

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