NASASol y Tierra: nuevo modelo computacional evita colisiónNASA
La situación era desconcertante. Durante las dos últimas décadas, cada vez que un astrofísico hacia una simulación computacional sobre el origen del sistema solar, el resultado era invariablemente el mismo: la Tierra debería haber desaparecido hace mucho tiempo. Alrededor de 100 mil años después de su génesis, antes incluso de haberse formado por completo, el planeta debería haber entrado en una espiral suicida que lo habría hecho colisionar contra el Sol. De acuerdo con los modelos tradicionales que procuran explicar el surgimiento de los sistemas planetarios, la Tierra sería otro cuerpo celeste destinado a chocarse contra la estrella madre. Claro que nada de eso sucedió y el impacto fatal nunca se produjo. Pero sólo recientemente algunos investigadores formularon una teoría alternativa capaz de explicar por qué el planeta no fue engullido por el astro rey. “Logramos hacer la primera simulación en que la Tierra no ‘se caía’ en el Sol”, afirma el astrofísico Wladimir Lyra, un brasileño de 29 años que está haciendo su posdoctorado en Museo Americano de Historia Natural (AMNH, sigla en inglés) de Nueva York. El investigador fue el encargado de alimentar con datos y llevar adelante el ensayo digital que en las computadoras cambió el curso de la historia evolutiva de la Tierra.
Al igual que los demás planetas de nuestro sistema solar, la Tierra surgió a partir de la acumulación de polvo y gas del disco protoplanetario, una nube que envolvía al Sol inmediatamente después de su formación, hace alrededor de 4.600 millones de años. Hoy en día existe prácticamente un consenso entre los científicos en el sentido de que los planetas del sistema solar – y también los más de 500 mundos extrasolares hasta ahora descubiertos – no se originaron en el mismo lugar en que se encuentran actualmente. Nacieron en un punto del disco y luego de una serie de interacciones gravitacionales con el gas y con los objetos del sistema, migraron hacia otra región. Allí encontraron una órbita de equilibrio alrededor del Sol y se establecieron.
Durante los últimos 20 años, los modelos computacionales adoptados por varios grupos de astrofísicos partían del principio de que, aunque la temperatura a lo largo de todo el disco variase (cuanto más cerca del Sol, más calor), cualquier fluctuación térmica sufrida por el gas en un determinado punto era instantáneamente irradiada hacia el ambiente externo. En la práctica, esto equivaldría a decir que el eventual exceso de calor en un lugar específico se transfería al espacio y la temperatura en cada punto del disco se mantenía siempre constante. Las consecuencias de tal forma de pensar, que se emplea sin problemas en el estudio de las galaxias, eran catastróficas en las simulaciones sobre la evolución del sistema solar: no solamente la Tierra, sino todos los planetas se estrellaban contra el Sol. “Cuando introdujimos fluctuaciones locales de temperatura en el disco, los planetas empezaron a migrar hacia órbitas más alejadas del Sol”, dice Lyra, que fue el primer autor de un artículo publicado en la edición del 1° de junio de 2010 del Astrophysical Journal Letters (ApJL) con los resultados de las nuevas simulaciones.
De acuerdo con los investigadores, el nuevo modelo prevé la evaporación total de la nube protoplanetaria al cabo de 5 millones de años y es capaz de explicar la migración de planetas con masa hasta 40 veces mayor que la de la Tierra. “Durante su proceso de evolución, el disco pierde gas y queda con una densidad muy baja, a punto tal de ya no lograr mover a los planetas, que terminan así entrando en sus nuevas órbitas”, explica el astrofísico Mordecai-Mark Mac Low, coordinador del trabajo del brasileño en el AMNH y coautor del estudio.
ESOLa ilustración muestra joven estrella con disco de gas a partir de lo cual se forman los planetasESO
Las ideas centrales que permitieron cargar la simulación computacional derivan en gran medida de trabajos recientes de otro astrofísico de la nueva generación. Desde 2006, el holandés Sijme-Jan Paardekooper, de 31 años, quien actualmente lleva adelante un posdoctorado en el Departamento de Matemática Aplicada y Física Teórica de la Universidad de Cambridge, Inglaterra, publicó estudios sobre los posibles efectos resultantes de variaciones de temperatura en el gas de un disco protoplanetario. “Siempre apuntamos al modelo teórico más simples que pueda explicar un fenómeno físico”, dice Paardekooper, que también suscribió el artículo en la ApJL.
La cuestión clave consiste en entender de qué manera la trayectoria de los embriones de planetas podría cambiar de curso en una simulación en función de alteraciones térmicas en puntos específicos de la nube de gas. Pero antes, es necesario tener en mente que la órbita final de un planeta en formación es determinada por una serie de variables, sobre todo las interacciones gravitacionales con los demás componentes del sistema (la estrella madre, otros planetas y el disco de gas). “Algunos factores favorecen la aparición de una migración en dirección al Sol y otros hacia lejos de éste”, comenta Paardekooper. Por cuestiones didácticas, la explicación siguiente aborda el mecanismo central que, de acuerdo con las simulaciones de Lyra y sus colegas, sacó a la Tierra de la ruta de colisión con el Sol.
En un disco protoplanetario, la fuerza gravitacional de un planeta modifica la órbita original del gas que lo rodea. En respuesta a este fenómeno, el planeta también altera su órbita, pero en dirección opuesta de la que el gas fue desplazado. Hasta ahí, nada nuevo. Todo esto está previsto en la ley de acción y reacción de Isaac Newton. Pero el as en la manga surge ahora: de acuerdo con las nuevas simulaciones, al incorporar eventuales variaciones locales de temperatura en el disco protoplanetario, los investigadores se percataron de que el gas se vuelve más denso en las zonas más cercanas al Sol y es capaz de desplazar a la Tierra hacia una órbita segura.
Tierras troyanas
Antes del trabajo que dilucidó por qué la Tierra no migró hacia dentro del Sol, Lyra produjo otra simulación computacional con discos protoplanetarios que también generó gran interés. En el marco de un estudio destacado en la portada de una de las ediciones de enero de 2009 de la revista científica Astronomy & Astrophysics, el brasileño y otros tres autores dieron a conocer cálculos y ecuaciones que indican la posibilidad de que haya mundos rocosos, de masa similar a la de la Tierra, escondidos precisamente “en los hombros” de exoplanetas gigantes y gaseosos. Serían las Tierras troyanas. A los objetos que siguen la misma órbita de un cuerpo celeste mucho mayor, sin por ello llegar a chocarse con ese aventajado compañero de viaje, se los denomina troyanos. Se ubican en dos regiones, en los llamados puntos lagrangianos de la órbita, 60 grados antes y 60 grados después del lugar en que se encuentra el objeto mayor. Los puntos se llaman así porque fueron postulados por el matemático y astrónomo ítalo-francés Joseph Louis Lagrange (1736-1813).
No faltan objetos celestes que carguen el adjetivo de troyanos. El gigante gaseoso Júpiter gira alrededor del Sol en compañía de dos grupos de rocas celestes ubicadas en los puntos lagrangianos: los asteroides troyanos (de cuyo nombre surgió la inspiración para denominar al fenómeno) y los asteroides griegos. Saturno, Marte y Neptuno también son escoltados por objetos troyanos. Pero nunca se ha hallado un planeta troyano, ni siquiera fuera del sistema solar, en donde se descubrieron exoplanetas que orbitan alrededor de más de 420 estrellas. “Las simulaciones de Wladimir muestran que necesitamos los siguientes ingredientes para que haya Tierras troyanas: planetas gaseosos gigantes, como Júpiter, deben formarse rápidamente en un disco protoplanetario lleno de guijarros y pedregullos”, afirma el astrofísico danés Anders Johansen, de 34 años, de la Universidad Lund, Suecia, uno de los coautores del estudio junto a Lyra. “A medida que se concentran en los puntos lagrangianos, los sólidos originan un cuerpo tan denso que forman planetas similares al nuestro.”
Al menos ése fue el resultado del modelo computacional que ideó el brasileño. En la simulación, los guijarros y pedregullos que se juntaron para generar Tierras troyanas virtuales tenían entre 1 centímetro y 1 metro. “Empezamos el experimento con objetos menores”, comenta Lyra. “De esta forma, logramos resolver la hidrodinámica del gas, la fuerza de arrastre en las partículas y su atracción gravitacional conjunta.” Los científicos saben que diminutos granos de polvo se juntan fácilmente en discos protoplanetarios, pero la manutención del proceso se vuelve incierta a medida que los cuerpos sólidos se tornan mayores. De cualquier modo, si los cálculos de los astrofísicos estuvieran en lo cierto, la posibilidad de que haya Tierras troyanas en el vecindario de grandes exoplanetas gaseosos es real. Faltaría solamente que el hombre hallase los medios de detectarlas.
NASA / JPL-CALTECH
Baco en vez de HD 128311 b
Astrofísico propone la adopción de nombres de la mitología grecorromana para los exoplanetas conocidos
No parecen nombres de planetas. Parecen matrículas de coches. Así define Wladimir Lyra a la terminología empleada para referirse a los más de 500 exoplanetas, mundos desabitados ubicados fuera del sistema solar descubiertos desde octubre de 1995. Hasta ahora, la regla ha sido denominarlos con el nombre de la estrella alrededor de la cual orbitan con el agregado de una letra (b, c, d y así sucesivamente). Tres planetas giran alrededor de una estrella de la constelación de Virgo, por ejemplo, el pulsar PSR 1257+12 (en la ilustración). En la literatura científica, se los conoce como PSR 1257+12 b, PSR 1257+12 c y PSR 1257+12 d. Lyra propone bautizarlos con nombres de la mitología grecorromana asociados a la constelación de la estrella. El trío de planetas sería entonces denominado Sísifo, Ixión y Tántalo.
No se trata de una broma. El brasileño elaboró una propuesta formal, con nombres para más de 400 exoplanetas, y la elevó a la Unión Astronómica Internacional (IAU, sigla en inglés), el organismo que se dedica a ese tipo de tema. No le aceptaron la idea. Le dijeron que los científicos usan la sopa de letras y números para referirse a los planetas sin ningún inconveniente. “Pero se olvidan que los astrofísicos también formaron parte alguna vez de la población en general”, dice Lyra. “A los 6 años yo estaba fascinado con la idea de que había otros mundos como la Tierra y me pasaba días memorizando los nombres de satélites como la Luna”. Lyra aún no ha abandonado la idea y la presentará nuevamente ante la IAU.
Artículos científicos
LYRA, W. et al. Orbital migration of low-mass planets in evolutionary radiative models: Avoiding catastrophic infall. Astrophysical Journal Letters. v. 715, n. 2, p. L68-L73. 1º jun. 2010.
LYRA, W. et al. Standing on the shoulders of giants – Trojan Earths and vortex trapping in low-mass selfgravitating protoplanetary disks of gas and solids. Astronomy & Astrophysics. v. 493, n. 3, p. 1.125-39. jan. 2009.
