Cuando se trata de los primeros días de nuestro sistema solar, Júpiter tiene una dudosa reputación. De alguna manera, el gigante sirvió como protector de la Tierra, su gravedad arrojó escombros peligrosos lejos de los planetas rocosos. Al mismo tiempo, Júpiter puede haber arrojado material hacia adentro también, chocando asteroides ricos en hidrógeno y embriones planetarios, o planetesimales, en planetas terrestres jóvenes y llenos de gente.
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Ahora, los investigadores sugieren que al hacerlo, Júpiter y otros gigantes gaseosos pueden haber contribuido con algo más crucial para los mundos rocosos: el agua.
Los mundos más masivos pueden haber pastoreado escombros ricos en agua del sistema solar exterior para caer sobre los mundos rocosos. Y una nueva investigación sugiere que la entrega del líquido, un ingrediente clave para la vida tal como la conocemos, puede no haber sido suerte. En cambio, todos los sistemas planetarios lo suficientemente afortunados como para albergar a un gigante gaseoso en sus alrededores deben tener automáticamente material rico en agua cayendo sobre sus planetas interiores rocosos.
Después de que los gigantes gaseosos se hayan desarrollado completamente, los escombros que arrojan hacia adentro pueden ser peligrosos. Pero durante una fase clave de su nacimiento, arrojan material rico en hidrógeno que termina encerrado en la corteza terrestre y el manto, emergiendo más tarde para unirse con el oxígeno y convertirse en agua.
"En el proceso de formación, envían esta gran pila de planetesimales por todo el lugar, y algunos golpean los planetas terrestres", dijo Sean Raymond, un astrónomo que estudia cómo evolucionan los planetas en la Universidad de Burdeos de Francia y autor principal de un estudio. publicado en la revista Icarus . Al modelar el papel de los gigantes gaseosos en el sistema solar temprano, Raymond descubrió que los planetas gigantes de diferentes tamaños arrojaban inevitablemente material rico en agua hacia el sistema interno, donde los mundos rocosos podrían contenerlo como agua líquida en sus superficies.
El agua, por supuesto, es un ingrediente clave para la evolución de la vida tal como la conocemos en la Tierra. Entonces, cuando se trata de cazar mundos más allá del sistema solar, se cree que los mundos rocosos capaces de albergar el precioso líquido son los mejores terrenos de caza para la vida extraterrestre. Desde la década de 1980, los investigadores han luchado para determinar cómo llegó el agua a la Tierra. Hoy, los asteroides ricos en carbono son el principal sospechoso.
En el joven sistema solar, las colisiones eran frecuentes y las órbitas se cruzaban entre sí, y los primeros asteroides aún se veían fácilmente afectados por encuentros cercanos con otros planetas, cuya gravedad los arrojó hacia mundos rocosos. "Creo que es una historia muy interesante, y una que es fundamental si estás tratando de entender cómo haces planetas habitables ", dijo el astroquímico Conel Alexander, que estudia meteoritos primitivos de esos asteroides.
Hace unos 4.500 millones de años, una nube de gas sobrante de la formación del sol dio a luz a los planetas. El gas permaneció por millones de años, influyendo en el movimiento de los planetas y sus componentes ricos en rocas. El aumento de las temperaturas significaba que el hidrógeno, un componente básico para el agua, estaba atrapado en el hielo en las regiones más frías del sistema solar, lejos del alcance de la Tierra.
Parecía que nuestro planeta estaba destinado a ser un páramo seco y árido. ¿Entonces qué pasó?
'Un concepto ridículamente simple'
En los últimos años, los modelos de nuestro sistema solar han demostrado que los gigantes gaseosos probablemente experimentaron una danza intrincada antes de terminar en sus lugares actuales. Neptuno y Urano probablemente se formaron más cerca del sol de lo que están hoy. Finalmente, se movieron hacia afuera, intercambiando lugares en el camino. Conocido como el modelo de Niza, se cree que este proceso ha estimulado el bombardeo pesado tardío, un pico de impactos helados unos 600 millones de años después de la formación del sistema solar.
Saturno y Júpiter pueden haber experimentado un viaje aún más desgarrador, atravesando el joven cinturón de asteroides en su camino hacia el sistema solar interior antes de cambiar de rumbo y regresar hacia afuera. En el camino, también enviaron asteroides que se estrellaron hacia la Tierra. Esto se conoce como el modelo Grand Tack, que Raymond estaba ayudando a formular en 2008.
Alrededor de ese tiempo, Raymond se intrigó por primera vez de cómo Júpiter pudo haber dado forma al suministro de agua en el sistema solar temprano. Pero su modelado se vio obstaculizado por un pequeño problema de programación que no podía evitar. Se necesitó la llegada del investigador postdoctoral Andre Izidoro, casi una década después, para resolver el problema.
"Izidoro encontró un error que había tenido durante años en media hora", dice Raymond con pesar. "Estaba realmente feliz de que lo encontrara para que pudiéramos hacer el proyecto".
Bajo el nuevo modelo, a medida que un gigante gaseoso crece, consume más material, su creciente gravedad desestabiliza los protoplanetas cercanos. El arrastre del gas de nebulosa aún presente afecta la forma en que los escombros se mueven a través del sistema solar, enviando una fracción de ellos hacia el sistema solar interno. Parte de ese material quedó atrapado en el cinturón de asteroides, poblándolo con los asteroides ricos en carbono cuyo contenido de agua es tan similar al de la Tierra.
Originalmente, dice Raymond, los asteroides ricos en carbono se dispersaron en una región que abarca de 5 a 20 veces la distancia entre la Tierra y el Sol. "Debe haber cubierto todo el sistema solar", dice.
Pero Alexander, que estudia los asteroides ricos en carbono, sospecha que la región era más pequeña, y la mayoría de los sospechosos se formaron a las afueras de la órbita de Júpiter. Aún así, cree que el modelo de Raymond hace un buen trabajo al explicar cómo se entregó el material rico en agua a la Tierra, calificando la hipótesis de "perfectamente razonable".
"Esta es la mejor manera de llevar estos volátiles a la región de formación de planetas terrestres", dice Alexander.
El modelo deja varias preguntas pendientes, como por qué tan poca de la masa de masa del sistema solar temprano está presente hoy. "Esa es una parte clave que debe conectarse", admite Raymond.
Aún así, dice que el modelo ayuda a llenar varios huecos, incluido por qué el agua de la Tierra coincide con la composición de los asteroides del cinturón exterior más que los asteroides más secos de los cinturones internos.
"Es una consecuencia ridículamente simple del crecimiento de Júpiter y Saturno", dice.
Cazando mundos ricos en agua
Antes del modelo de Raymond, los investigadores pensaban que era la danza inusual de los planetas exteriores lo que enviaba agua al sistema solar interior y evitaba que la Tierra tuviera un futuro seco. Si eso fuera cierto, serían malas noticias para otros mundos, donde los gigantes gaseosos pueden haber seguido siendo flores que nunca se movieron lejos de donde comenzaron.
El nuevo modelo sugiere que cualquier gigante gaseoso enviaría material húmedo hacia adentro como consecuencia de su formación. Si bien los mundos masivos del tamaño de Júpiter fueron los más efectivos, Raymond descubrió que cualquier gigante gaseoso de cualquier tamaño podría desencadenar el crecimiento. Esa es una buena noticia para los investigadores que cazan planetas acuosos fuera de nuestro sistema solar.
En nuestro propio sistema solar, el modelo muestra que los hielos del sistema solar exterior nevaron en la Tierra en tres ondas. El primero llegó cuando Júpiter se hinchó. El segundo se activó durante la formación de Saturno. Y el tercero habría ocurrido cuando Urano y Neptuno migraron hacia adentro antes de ser bloqueados por los otros dos y enviados de regreso a las afueras del sistema solar.
"Creo que lo más genial es que básicamente implica que para cualquier sistema exo-solar donde tienes planetas gigantes y planetas terrestres, esos planetas gigantes enviarían agua hacia los planetas terrestres", dijo David O'Brien, investigador del Planetario. Instituto de Ciencias que estudia la formación de planetas y la evolución del sistema solar temprano. "Eso abre muchas posibilidades para los estudios de planetas habitables".
Desafortunadamente, hasta ahora no tenemos muchos sistemas similares para comparar. La mayoría de los exoplanetas conocidos se han identificado con la misión Kepler de la NASA, que O'Brien dijo que es más sensible a los planetas con órbitas más pequeñas que la Tierra y tiene dificultades para detectar gigantes gaseosos en el sistema exterior. Los pequeños planetas rocosos también son más difíciles de observar. Eso no significa que no estén allí, solo significa que aún no los hemos visto.
Pero si tales sistemas existen, la investigación de Raymond sugiere que los mundos rocosos deberían ser ricos con lo que consideramos el líquido de la vida. "Si hay planetas terrestres y planetas gigantes, esos planetas gigantes probablemente le dieron algo de agua al planeta terrestre", dice O'Brien.
