Uno de los retos de los modelos que apuntan a desentrañar el proceso de formación de Mercurio –el planeta más pequeño del sistema solar– reside en encontrar un escenario plausible capaz de explicar una singularidad de su geología. El núcleo de Mercurio –la capa más interna de su estructura– es mucho mayor en términos proporcionales que el de la Tierra, Venus y Marte, los otros tres planetas rocosos del sistema. Debido a esta particularidad, la extensión de su manto, la capa intermedia entre el núcleo y la corteza superficial, es muy pequeña en comparación, siempre de forma relativa, con la de los demás planetas rocosos. Esta característica ha llevado a los astrofísicos a especular que Mercurio habría sufrido algún tipo de sacudida de gran magnitud que alteró su estructura geológica.
Un estudio coordinado por científicos brasileños propone una variante de ese modelo para explicar la génesis de Mercurio y su voluminoso núcleo, que abarca más del 80 % de la extensión de su radio. Según el artículo, disponible como preimpreso en el repositorio arXiv y aceptado para su publicación en una revista científica, la constitución del planeta se alteró en los inicios del sistema solar debido a un gran choque, aunque de refilón, que le arrancó un trozo. “Nuestras simulaciones por computadora indican que la estructura geológica actual de Mercurio puede haber sido producto de una colisión del tipo hit and run”, comenta el astrofísico brasileño Patrick Franco, quien realizó una pasantía posdoctoral en el Instituto de Física del Globo de París, en Francia, autor principal del trabajo.
De la misma forma que un conductor imprudente que atropella a una persona en la calle y se da a la fuga, un accidente espacial del estilo hit and run involucra a un objeto celeste que atropella a otro y puede acarrearles daños a ambos. Según el estudio, el chofer imprudente en esta hipotética colisión celeste habría sido Mercurio.
“La atribución de la estructura geológica de este planeta a un evento del tipo hit and run no es una novedad. Ya lo hicieron otros trabajos”, explica el astrofísico Fernando Roig, del Observatorio Nacional (ON) de Río de Janeiro, quien también suscribe el artículo y fue el director de la tesis doctoral de Franco sobre la formación de Mercurio, defendida en 2023 en la misma institución. “Esos estudios precedentes sostenían que Mercurio habría chocado con un objeto de mayor tamaño. Pero nuestras simulaciones indican que las colisiones entre cuerpos de tamaños muy diferentes son raras. Los resultados sugieren que los más probable es que se haya producido un choque entre el planeta y un objeto de tamaño similar”. Investigadores de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), en su campus de Guaratinguetá, y de instituciones de Francia y Alemania también figuran entre los coautores del trabajo.
No cualquier colisión celeste tendría el potencial para generar un objeto con las características principales de Mercurio. El planeta más interno del sistema solar parece haberse originado bajo condiciones muy especiales que lo han llevado a presentar peculiaridades. En primer lugar su tamaño: es pequeño y denso, su diámetro representa el 38 % del de la Tierra y su masa equivale a solamente un 5,5 % de la de nuestro planeta.
NASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Instituto Carnegie de WashingtonImagen coloreada del polo norte de Mercurio durante un momento de gran variación de temperatura, que llega a superar los 200 ºC en las zonas en rojo y apenas llega a los 10 ºC en los tramos azuladosNASA / Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins / Instituto Carnegie de Washington
Más allá de sus dimensiones y de su densidad, las simulaciones tendrían que tratar de reproducir la estructura interna de Mercurio, compuesto en un 70 % por hierro, que se concentra sobre todo en el núcleo, y tan solo un 30 % de silicatos, compuestos derivados del silicio, muy presentes en la naturaleza bajo diferentes formas, como ser rocas, arcillas y minerales. “Nuestras simulaciones muestran un escenario en el que, tras haber chocado de refilón con un cuerpo de dimensiones similares, un protoplaneta rocoso presenta una composición geológica y masa similares a las de Mercurio, dentro de un margen de variabilidad de un 5 %, explica Othon Winter, de la Unesp, colaborador del estudio.
En las simulaciones, los mejores resultados se obtuvieron cuando el topetazo entre ese otro cuerpo celeste y el proto-Mercurio no fue frontal, sino una colisión tangencial en un ángulo de 32 grados y a una velocidad de impacto relativamente baja, de 22 kilómetros por segundo. La masa estimada para el entonces incipiente Mercurio fue de algo más del doble que la actual y la del otro cuerpo era aun ligeramente mayor. El planeta simulado tenía una composición inicial de un 70 % de silicatos y un 30 % de hierro, más o menos al revés de su composición actual. Todo este escenario se creó en un modelo computacional que funciona bajo condiciones similares a las de los albores del sistema solar, hace unos 4.500 millones de años.
“Hicimos tres rondas de simulaciones de colisiones alterando estos parámetros críticos, la masa de los dos cuerpos, la velocidad relativa entre ellos y el ángulo del impacto”, relata Franco. “Aunque no descartamos la posibilidad de que Mercurio haya sufrido más de una colisión, conseguimos explicar su constitución geológica con tan solo una”. La colisión angular habría sido lo suficientemente fuerte como para que Mercurio perdiera una parte significativa de su manto, en donde se encuentran básicamente los silicatos, alterando poco o casi nada su núcleo ferroso.
Unas 48 horas después de las simulaciones de colisión, Mercurio ya habría adoptado una configuración relativamente estable y similar a la actual, con un núcleo agigantado y un manto reducido. A efectos comparativos, después de Mercurio, la Tierra es el planeta rocoso con el núcleo de mayor tamaño en comparación con su radio. Abarca el 55 % del diámetro de nuestro planeta y, en proporción, es un tercio más pequeño que el de Mercurio.
Los estudios sobre el origen de Mercurio solo pueden realizarse porque en la actualidad, si bien siguen existiendo algunas lagunas de conocimiento, los astrofísicos tienen una buena noción de cómo se produce el proceso de formación de los planetas rocosos. Al estar más cerca del Sol, se originan a partir de la concentración gradual de materia, como el polvo y el gas liberados por el disco de acreción que generó la estrella. Este polvo estelar, rico en carbono y hierro, se va agrupando e inicialmente forma pequeñas piedras. Con el paso del tiempo y debido a interacciones gravitatorias y de otras fuerzas, estas piedras colisionan unas con otras.
