De guijarro a asteroide en una trampa de polvo

Nuestro Sistema Solar, como cualquier otro sistema planetario, comenzó a formarse a partir de discos de gas y granos de polvo que orbitaban una estrella. Los procesos que convierten estos granos minúsculos, cada uno con un tamaño que no supera unas pocas millonésimas de metro (una micra) de diámetro, en agregados de unos pocos centímetros, y el mecanismo por el que los “planetesimales” de kilómetros pasan a ser los núcleos de planetas, se entienden bastante bien.

Ahora bien, la etapa intermedia, esa que va de guijarro a asteroide, no está tan clara. De hecho es algo que se asume que ocurre “de alguna manera”, después de todo, con más de 3500 planetas descubiertos orbitando otras estrellas, el proceso debe ser algo bastante común en el universo.

Trampa de polvo en un disco protoplanetario representada como una banda brillante. El polvo aparece en rojo y el gas en azul.

Ahora un grupo de investigadores, encabezado por Jean-François Gonzalez, del Centro de Investigación Astrofísica de Lion (Francia), ha desarrollado un modelo que permite explicar el capítulo que falta en la historia de la formación de los planetas: desde el gas y el polvo hasta los planetesimales.

Existen dos barreras principales que impedirían que un grupo de guijarros se convierta en un planetesimal. En primer lugar la atracción gravitatoria de la estrella unida a el efecto de resistencia aerodinámica que provoca el gas en los granos de polvo, hacen que los granos de polvo tiendan a ir rápidamente hacia la estrella, donde son aniquilados. En segundo, los granos de polvo que chocan entre sí pueden romperse a poco que la colisión con otro grano sea mínimamente energética, lo que los convierte en un número mayor de piezas más pequeñas, disgregando más que agregando.

Una solución a ambos problemas es que formen “trampas de polvo”: zonas en los discos que formarán los planetas en los que la alta presión hace que la velocidad se rebaje, permitiendo que los granos de polvo se acumulen. La velocidad baja hace menos probable que ocurran colisiones con energía suficiente como para romper los granos.

Fases de la formación de una trampa de polvo. Las flechas indican el sentido de las fuerzas ejercidas por el gas (rojas) y el polvo (azul).

Hasta ahora se pensaba que las trampas de polvo solo podían existir en entornos muy concretos, pero las simulaciones por ordenador llevadas a cabo por el equipo de investigadores apuntan a que son mucho más comunes de lo que se pensaba. En el modelo la interacción gas-polvo se considera que actúa en ambos sentidos, esto es, en un entorno en los que la concentración de polvo es importante sus efectos en la velocidad del gas son importantes.

Una de las consecuencias de esta interacción es que el gas se ve expulsado hacia el exterior y forma la zona de alta presión, esto es, la trampa de polvo como tal. Estas trampas, que se forman espontáneamente, concentran los granos que vienen de las regiones más externas del disco protoplanetario, creando un anillo muy denso de sólidos. Una vez que son lo suficientemente grandes, los granos se convierten en amos de su destino y el gas ya no influye significativamente en su movimiento.

Observatorios como el ALMA en Chile ya han observado anillos brillantes y oscuros en sistemas planetarios en formación que se cree que son trampas de polvo.

Referencia:

J.-F. Gonzalez, G. Laibe, S. T. Maddison (2017) Self-induced dust traps: overcoming planet formation barriers Mon Not R Astron Soc doi: 10.1093/mnras/stx016

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

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