Modelado 3D sacude la teoría de formación planetaria

Jeremy Hsu
Space.com
Traducción al español por Ciencia Kanija
29/01/09

Los planetas ricos en gases como Júpiter y Saturno crecieron a partir de un disco de polvo y gas el cual finalmente se rasgó como un trozo de papel bajo su propia inestabilidad gravitatoria – o eso es lo que dice una teoría.

Ahora una simulación por ordenador sugiere que esta idea se deshace bajo las turbulentas fuerzas dentro de los sistemas protoplanetarios iniciales.

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La vieja teoría favorita depende de que el polvo protoplanetario se haga más denso y fino hasta que alcance un punto de inflexión, donde se hace inestable gravitatoriamente y colapsa en bloques básicos del tamaño de kilómetros que forman la base de las gigantes gaseosos. Pero los modelos 3D han demostrado por primera vez que la turbulencia evita que el polvo se asiente en discos densos necesarios para que funcione la inestabilidad gravitatoria.

“Se ha sabido desde la década de 1980 que hay problemas con esta teoría, pero nadie había salvado el obstáculo realizando simulaciones en 3D”, dijo Joseph Barranco, astrofísico en la Universidad Estatal de San Francisco en California.

Ondas en un estanque

Los científicos han sostenido durante mucho tiempo que el polvo de un disco protoplanetario terminaba emparedado entre unas capas de gas inferior y superior. Pero Barranco modeló cómo las capas de gas fluyen a distintas velocidades por encima y debajo de la capa de polvo, lo cual crea turbulencias.

“Lo que hemos encontrado es que, como el viento que sopla sobre el agua de un estanque, se obtienen ondas”, dijo Barranco a SPACE.com. Su investigación demostró que las ondas evitan que el polvo se asiente en la densa y fina capa intermedia.

La idea guarda cierta semejanza con el fenómeno del corte vertical, donde vientos de alta velocidad cambian drásticamente a distintas alturas. Esto puede provocar peligrosas turbulencias para las aerolíneas que vuelan en la atmósfera de la Tierra.

Otro factor que parece mantener al polvo agitado es el Efecto Coriolis. En la Tierra tiene lugar cuando un avión trata de volar en una línea recta, pero termina en un camino curvado debido a que el planeta gira bajo él. Los vientos pueden también pueden ser engañados por este efecto de rotación, el cual alimenta la formación de huracanes.

Anteriormente, algunos investigadores habían esperado que el corte radial – el cual tiene lugar cuando el anillo interior del disco rota más rápido que el exterior – ayudaría a contrarrestar las otras fuerzas de turbulencias. No obstante, la simulación de Barranco demostró que el Efecto Coriolis y el corte vertical normalmente se muestran más fuertes.

Calculando la evolución planetaria

La propia teoría de formación planetaria ha pasado por periodos de cambios turbulentos en los últimos años. El interés inicial durante las décadas de 1970 y 1980 finalmente cayó, sólo para retomarse de nuevo en la década de 1990 cuando los astrónomos comenzaron a encontrar planetas orbitando otras estrellas.

“La teoría de formación planetaria estuvo anteriormente tranquila debido a que sólo teníamos nuestro Sistema Solar”, apunta Barranco. Ahora los científicos se devanan los sesos para descubrir una teoría de formación planetaria que pueda tener en cuenta a los gigantes gaseosos que orbitan los muy distintos sistemas observados hasta el momento.

Las simulaciones de fuerzas de turbulencia sólo surgen en 3D en los últimos años con la llegada de la supercomputación. Barranco usó cientos de procesadores de cálculo individuales trabajando juntos en paralelo para resolver cada pequeña pieza del puzzle. Su estudio marca el primer modelado 3D de tal formación planetaria, y aparece en el último ejemplar de la revista The Astrophysical Journal .

Para explicar la formación planetaria, los astrofísicos quieren re-examinar su investigación de 2005 que generó la idea de tormentas huracanadas en discos protoplanetarios. El ojo o centro de tales tormentas podría, teóricamente, haber proporcionado un refugio para que el polvo se agrupase y proporcionar la semilla de los planetas, incluso con el caos girando a su alrededor.

“Es un campo extremadamente complejo”, dijo Barranco. “No podemos observar la formación planetaria, pero sabemos que los planetas se forman debido a que estamos viviendo en uno”.