Teoría de la acreción: antecedentes y explicación
¿Qué es la teoría de la acreción?
La teoría de la acreción (o acrecimiento) en astrofísica, explica que los planetas y otros cuerpos celestes se forman mediante la condensación de pequeñas partículas de polvo, atraídas por la fuerza de gravedad.
La idea de que los planetas se forman así fue presentada por el geofísico ruso Otto Schmidt (1891-1956) en 1944; propuso que una enorme nube de gas y polvo, en forma de disco aplanado, rodeaba al Sol en los comienzos del sistema solar.
Schmidt afirmó que el Sol había adquirido esta nube en conjunto con otra estrella, que llevadas por su movimiento a través de la galaxia, pasaron al mismo tiempo por una nebulosa rica en polvo y gas. La cercanía de la otra estrella ayudó a la nuestra a capturar la materia que luego se condensó.
Las hipótesis acerca de la formación del sistema solar se agrupan en dos categorías: evolucionistas y catastrofistas. Las primeras afirman que tanto el Sol como los planetas evolucionan a partir de un único proceso y se remontan a las ideas propuestas por Inmanuel Kant (1724-1804) y Pierre Simon de Laplace (1749- 1827).
Las segundas apuntan a un evento catastrófico, como la colisión o la cercanía con otra estrella, como desencadenantes de la formación planetaria. En un comienzo, la hipótesis de Schmidt entró en esta categoría.
Explicación
Hoy en día se dispone de observaciones de jóvenes sistemas estelares y potencia computacional suficiente como para hacer simulaciones numéricas. Por esto las teorías catastróficas se han abandonado en favor de las evolucionistas.
La hipótesis nebular de la formación del sistema solar es la más aceptada actualmente por la comunidad científica, manteniendo la acreción como el proceso formador de planetas.
En el caso de nuestro propio sistema solar, hace 4500 millones de años la atracción gravitacional juntó pequeñas partículas de polvo cósmico -cuyo tamaño va de algunos angstrom hasta 1 centímetro- alrededor de un punto central, formando una nube.
Dicha nube fue el lugar de nacimiento del Sol y sus planetas. Se especula que el origen del polvo cósmico pudo ser la explosión previa de una supernova: una estrella que colapsó violentamente y esparció sus remanentes por el espacio.
En las zonas más densas de la nube, las partículas chocaban con más frecuencia a causa de su cercanía y comenzaron a perder energía cinética.
Entonces la energía gravitacional hizo que la nube colapsase bajo su propia gravedad. Así nació una protoestrella. La gravedad continuó actuando hasta formar un disco, del cual se formaron primero unos anillos y más tarde los planetas.
Mientras tanto, el Sol en el centro se compactó, y cuando alcanzó cierta masa crítica, comenzaron a ocurrir las reacciones de fusión nuclear en su interior. Estas reacciones son las que mantienen al Sol y a cualquier estrella.
Las partículas altamente energéticas fueron impulsadas desde el Sol, lo que se conoce como viento solar. Esto contribuyó a limpiar los desechos, lanzándolos hacia el exterior.
Formación de los planetas
Los astrónomos suponen que después del nacimiento de nuestro astro rey, el disco de polvo y gas que lo rodeaba permaneció allí por lo menos unos 100 millones de años, dando el suficiente tiempo para la formación planetaria.
En nuestra escala de tiempo, este período luce como una eternidad, pero en realidad es apenas un breve instante en el tiempo del universo.
En este tiempo se formaron objetos más grandes, de unos 100 km de diámetro, llamados planetesimales. Son los embriones de un futuro planeta.
La energía del recién nacido Sol ayudó a evaporar gases y polvos del disco, y eso acortó bastante el tiempo de nacimiento de los nuevos planetas. Mientras tanto, las colisiones seguían adicionando materia, ya que en esto consiste precisamente la acreción.
Modelos de formación planetaria
Al observar las estrellas jóvenes en formación, los científicos están logrando entender cómo se formó nuestro propio sistema solar. Al comienzo había una dificultad: estas estrellas están ocultas en el rango de frecuencias visibles, a causa de las nubes de polvo cósmico que las rodea.
Pero gracias a los telescopios con sensores infrarrojos, se puede traspasar la nube de polvo cósmico. Se ha puesto de manifiesto que en la mayoría de las nebulosas de la Vía Láctea hay estrellas en formación, y seguramente planetas que las acompañan.
Tres modelos
Con toda la información reunida hasta hoy, se han propuesto tres modelos acerca de la formación planetaria. El más aceptado es el de la teoría de la acreción, que funciona bien para los planetas rocosos como la Tierra, aunque no tanto para los gigantes gaseosos como Júpiter y los demás planetas exteriores.
El segundo modelo es una variante del anterior. Este afirma que primero se forman peñascos, los cuales son gravitacionalmente atraídos entre sí, acelerando la formación planetaria.
Finalmente, el tercer modelo se basa en la inestabilidad del disco, y es el que mejor explica la formación de los gigantes gaseosos.
El modelo de acreción nuclear y los planetas rocosos
Con el nacimiento del Sol, el material remanente comenzó a agruparse. Se formaron cúmulos de mayor tamaño y los elementos ligeros como helio e hidrógeno fueron barridos por el viento solar hasta regiones más alejadas del centro.
De esta forma, los elementos y compuestos más pesados, como metales y silicatos, pudieron dar origen a los planetas rocosos cercanos al Sol. Posteriormente se puso en marcha un proceso de diferenciación geoquímica y se formaron las diversas capas de la Tierra.
Por otra parte, se sabe que la influencia del viento solar decae con la distancia. Lejos del Sol los gases formados por elementos livianos pueden juntarse. A esas distancias, las temperaturas heladas promueven la condensación de moléculas de agua y metano, dando origen a los planetas gaseosos.
Los astrónomos afirman que existe una frontera, llamada “línea del hielo” entre Marte y Júpiter, a lo largo del cinturón de asteroides. Allí la frecuencia de las colisiones fue menor, pero la elevada tasa de condensación dio origen a planetesimales de mucho mayor tamaño.
De esta forma se crearon los planetas gigantes, en un proceso que curiosamente llevó menos tiempo que el de la formación de los planetas rocosos.
La teoría de la acreción y los exoplanetas
Con el descubrimiento de los exoplanetas y la información recabada sobre ellos, los científicos están bastante seguros de que el modelo de acreción es el proceso principal de formación planetaria.
Se debe a que el modelo explica muy adecuadamente la formación de los planetas rocosos como la Tierra. Pese a todo, una buena parte de los exoplanetas descubiertos hasta ahora son de tipo gaseoso, de tamaño comparable al de Júpiter o mucho mayor.
Las observaciones también señalan que los planetas gaseosos predominan alrededor de las estrellas con más elementos pesados en sus núcleos. En cambio los rocosos se forman alrededor de estrellas de núcleos livianos, y el Sol es una de estas.
Pero en el 2005 se descubrió por fin un exoplaneta rocoso orbitando en torno a un estrella de tipo solar. En cierto modo este descubrimiento y otros que le sucedieron, indican que los planetas rocosos también son relativamente abundantes.
Para el estudio de los exoplanetas y su formación, en 2017 la Agencia Espacial Europea lanzó el satélite CHEOPS (CHaracterising ExOPlanets Satellite). El satélite emplea un fotómetro muy sensible para medir la luz proveniente de otros sistemas estelares.
Cuando un planeta pasa por delante de su estrella, esta experimenta una reducción de brillo. Analizando esta luz puede conocerse el tamaño y si se trata de planetas gigantes gaseosos o rocosos como la Tierra y Marte.
De las observaciones en sistemas jóvenes, se podrá entender cómo se produce la acreción en la formación planetaria.
Referencias
- El País. Así es ‘Cheops’, el satélite español para medir exoplanetas. Recuperado de: elpais.com.
- Planet Hunters. What do we really understand about planetary formation?. Recuperado de: blog.planethunters.org.
- Sergeev, A. Nacidos del polvo. Recuperado de: vokrugsveta.ru.
- Solar System Formation. Chapter 8. Recuperado de: asp.colorado.edu.
- Taylor, N. How Did the Solar System Form? Recuperado de: space.com.
- Woolfson, M.The origin and evolution of the solar system. Recuperado de: academic.oup.com.