El Sistema Solar Temprano era Caos Total

No hay duda de que los sistemas solares jóvenes son lugares caóticos. Las colisiones en cascada definieron nuestro joven Sistema Solar cuando rocas, cantos rodados y planetesimales chocaron repetidamente. Un nuevo estudio basado en fragmentos de asteroides que se estrellaron contra la Tierra pone una línea de tiempo a parte de ese caos.

Los astrónomos saben que los asteroides se han mantenido esencialmente sin cambios desde su formación en el Sistema Solar primitivo hace miles de millones de años. Son como cápsulas de tiempo rocosas que contienen pistas científicas de esa época importante porque los asteroides diferenciados tenían mantos que protegían sus interiores de la meteorización espacial.

Pero no todos los asteroides permanecieron completos. Con el tiempo, las colisiones repetidas despojaron los mantos aislantes de sus núcleos de hierro y luego rompieron algunos de esos núcleos en pedazos. Algunas de esas piezas cayeron a la Tierra. Las rocas que cayeron del espacio fueron de gran interés para las personas y fueron un recurso valioso en algunos casos; El rey Tutankamón fue enterrado con una daga hecha con un meteorito de hierro, y los inuit de Groenlandia fabricaron herramientas con un meteorito de hierro por siglos.

Los científicos están muy interesados ​​en los meteoritos de hierro debido a la información que contienen. Un nuevo estudio basado en meteoritos de hierro, que son fragmentos del núcleo de asteroides más grandes, analizó isótopos de paladio, plata y platino. Al medir las cantidades de esos isótopos, los autores pudieron restringir más estrictamente el momento de algunos eventos en el Sistema Solar primitivo.

el papel”La disipación de la nebulosa solar restringida por impactos y enfriamiento del núcleo en planetesimales” se publica en Nature Astronomy. La autora principal es Alison Hunt de ETH Zurich y el Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) PlanetS.

“Estudios científicos anteriores mostraron que los asteroides en el sistema solar se han mantenido relativamente sin cambios desde su formación, hace miles de millones de años”, dijo Hunt. “Por lo tanto, son un archivo en el que se conservan las condiciones del sistema solar primitivo”.

Los antiguos egipcios y los inuit no sabían nada sobre elementos, isótopos y cadenas de descomposición, pero nosotros sí. Entendemos cómo los diferentes elementos se descomponen en cadenas en otros elementos, y sabemos cuánto tiempo lleva. Una de esas cadenas de desintegración está en el centro de este trabajo: el sistema de desintegración de corta duración 107Pd–107Ag. Esa cadena tiene una vida media de aproximadamente 6,5 millones de años y se usa para detectar la presencia de nucleidos del Sistema Solar primitivo.

Los investigadores recolectaron muestras de 18 meteoritos de hierro diferentes que alguna vez fueron parte de los núcleos de hierro de los asteroides. Luego aislaron el paladio, la plata y el platino en ellos y usaron un espectrómetro de masas para medir las concentraciones de diferentes isótopos de los tres elementos. Un isótopo particular de plata es crítico en esta investigación.

Uno de los meteoritos de hierro que los investigadores analizaron en su estudio.  Crédito de la imagen: Aurelia Masters
Uno de los meteoritos de hierro que los investigadores analizaron en su estudio. Crédito de la imagen: Aurelia Masters

Durante los primeros millones de años de la historia del Sistema Solar, los isótopos radiactivos en descomposición calentaron los núcleos metálicos de los asteroides. A medida que se enfriaban y se descomponían más isótopos, se acumuló un isótopo de plata (107 Ag) en los núcleos. Los investigadores midieron la proporción de 107 Ag con respecto a otros isótopos y determinaron qué tan rápido se enfriaron los núcleos de los asteroides y cuándo.

Esta no es la primera vez que los investigadores estudian asteroides e isótopos de esta manera. Pero estudios anteriores no tuvieron en cuenta los efectos de los rayos cósmicos galácticos (GCR) en las proporciones de isótopos. Los GCR pueden interrumpir el proceso de captura de neutrones durante la descomposición y pueden disminuir la cantidad de 107 Ag y 109 Ag. Estos nuevos resultados se corrigen para la interferencia de GCR al contar también los isótopos de platino.

“Nuestras mediciones adicionales de la abundancia de isótopos de platino nos permitieron corregir las mediciones de isótopos de plata por distorsiones causadas por la irradiación cósmica de las muestras en el espacio. Así que pudimos fechar el momento de las colisiones con más precisión que nunca”, informó Hunt. “Y para nuestra sorpresa, todos los núcleos de asteroides que examinamos habían sido expuestos casi simultáneamente, en un período de tiempo de 7,8 a 11,7 millones de años después de la formación del sistema solar”, dijo Hunt.

Concepción artística de la colisión de un asteroide en el cinturón entre Marte y Júpiter.  Crédito: NASA/JPL-Caltech
Concepción artística de la colisión de un asteroide en el cinturón entre Marte y Júpiter. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Un lapso de tiempo de cuatro millones de años es corto en astronomía. Durante ese breve período, todos los asteroides medidos tenían sus núcleos expuestos, lo que significa que las colisiones con otros objetos les quitaron el manto. Sin los mantos aislantes, todos los núcleos se enfriaron simultáneamente. Otros estudios han demostrado que el enfriamiento fue rápido, pero no pudieron limitar el período de tiempo con tanta claridad.

Para que los asteroides tuvieran las proporciones de isótopos que encontró el equipo, el Sistema Solar tenía que ser un lugar muy caótico, con un período de colisiones frecuentes que despojaron a los asteroides del manto.

“Parece que todo se estaba derrumbando en ese momento”, dice Hunt. “Y queríamos saber por qué”, agrega.

¿Por qué habría un período de colisiones tan caóticas? Hay un par de posibilidades, según el periódico.

La primera posibilidad se refiere a los planetas gigantes del Sistema Solar. Si migraron o eran inestables de alguna manera en ese momento, podrían haber reorganizado el Sistema Solar interior, perturbado cuerpos pequeños como asteroides y desencadenado un período de colisiones crecientes. Este escenario se llama el buen modelo.

La otra posibilidad es el arrastre de gas en el nebulosa solar.

Impresión artística de la Nebulosa Solar. Crédito de la imagen: NASA

Cuando el Sol era una protoestrella, estaba rodeado por una nube de gas y polvo llamada nebulosa solar, al igual que otras estrellas. El disco contenía los asteroides, y los planetas eventualmente se formarían allí también. Pero el disco cambió en los primeros millones de años del Sistema Solar.

Al principio, el gas era denso, lo que ralentizaba el movimiento de cosas como asteroides y planetesimales con arrastre de gas. Pero a medida que el Sol se puso en marcha, produjo más viento solar y radiación. La nebulosa solar todavía estaba allí, pero el viento solar y la radiación la empujaron, disipándola. A medida que se disipaba, se volvía menos denso y los objetos se arrastraban menos. Sin el efecto amortiguador del gas denso, los asteroides se aceleraron y chocaron entre sí con más frecuencia.

Esta figura del estudio muestra la evolución de cuerpos de meteoritos de hierro diferenciados en el Sistema Solar primitivo.  En la parte superior, los cuerpos parentales se acumulan y se diferencian dentro de los primeros ~3 Myr después de la formación de CAI.  Luego hay dos escenarios en competencia para el período de aumento de las colisiones entre asteroides.  El escenario A es el escenario de disipación de gas y el que el equipo de investigación cree que se ajusta mejor a los datos.  El escenario B es el modelo de Niza, donde un planeta gigante crea inestabilidad y provoca el período de aumento de las colisiones.  Crédito de la imagen: Hunt et al.  2022.
Esta figura del estudio muestra la evolución de cuerpos de meteoritos de hierro diferenciados en el Sistema Solar primitivo. En la parte superior, los cuerpos parentales se acumulan y se diferencian dentro de los primeros ~3 Myr después de la formación de CAI. Luego hay dos escenarios en competencia para el período de aumento de las colisiones entre asteroides. El escenario A es el escenario de disipación de gas y el que el equipo de investigación cree que se ajusta mejor a los datos. El escenario B es el modelo de Niza, donde un planeta gigante crea inestabilidad y provoca un período de aumento de las colisiones. Crédito de la imagen: Hunt et al. 2022.

Según Hunt y sus colegas, la reducción del arrastre de gas es responsable.

“La teoría que mejor explicaba esta fase temprana energética del sistema solar indicaba que fue causada principalmente por la disipación de la llamada nebulosa solar”, explicó la coautora del estudio Maria Schönbächler. “Esta nebulosa solar es el resto del gas que quedó de la nube cósmica de la que nació el Sol. Durante unos pocos millones de años, todavía orbitó alrededor del joven Sol hasta que fue arrastrado por los vientos solares y la radiación”, dijo Schönbächler.

“Nuestro trabajo ilustra cómo las mejoras en las técnicas de medición de laboratorio nos permiten inferir procesos clave que tuvieron lugar en el sistema solar primitivo, como el tiempo probable en el que se había ido la nebulosa solar. Planetas como la Tierra todavía estaban en proceso de nacer en ese momento. En última instancia, esto puede ayudarnos a comprender mejor cómo nacieron nuestros propios planetas, pero también nos brinda información sobre otros fuera de nuestro sistema solar”, concluyó Schönbächler.

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