El planeta enano Ceres se formó en la zona más fría del Sistema Solar

 

Un estudio que busca reconstruir el proceso de formación del planeta enano Ceres fue publicado por investigadores de la Unesp (Universidad Estadual Paulista) y colaboradores en la revista Icarus.

El trabajo fue realizado por Rafael Ribeiro de Sousa, profesor del Programa de Posgrado en Física, campus Guaratinguetá. También firmaron el artículo el profesor Ernesto Vieira Neto, que supervisó a Ribeiro de Sousa en su investigación doctoral, e investigadores de la Université Côte d’Azur, en Francia; de la Universidad de Rice, en Estados Unidos; y el Observatorio Nacional, en Río de Janeiro.

Como explican los autores, Ceres es miembro del cinturón de asteroides, una colección de cuerpos celestes ubicados entre las órbitas de Marte y Júpiter. De forma aproximadamente esférica, es el objeto más grande del Cinturón y concentra un tercio de su masa total. Su diámetro, de casi 1.000 km, es poco más de un tercio del diámetro de la Luna. Con una excentricidad de 0,09, tiene una órbita casi circular. Y la inclinación de su órbita con respecto al plano invariante del Sistema Solar, inferior a 10 grados, es mucho mayor que la inclinación de la órbita terrestre, que es de 1,57 grados.

La masa de Ceres es demasiado pequeña para mantener una atmósfera por atracción gravitacional. Pero un hecho destacable es que el amoníaco y los hielos de agua que existen bajo su superficie se evaporan con la incidencia de la luz solar. Y la niebla formada se dispersa en el espacio exterior. Los depósitos de hielo brillan intensamente en el fondo de los cráteres. No se excluye la hipótesis de que puedan albergar alguna forma de vida primitiva. La Misión Dawn de la NASA, la agencia espacial estadounidense, que estuvo muy cerca de los asteroides Ceres y Vesta, cartografió estos cráteres. Un video muy interesante del cráter Occator, compuesto con imágenes capturadas por la nave espacial, se puede ver en el sitio web de la misión.

El núcleo del planeta enano probablemente esté compuesto de material pesado: hierro y silicatos. Pero lo que distingue a Ceres de los objetos vecinos es su capa de hielo de agua y amoníaco. Dado que la mayoría de los cuerpos del cinturón de asteroides no contienen amoníaco, se plantea la hipótesis de que Ceres se formó en el exterior, en la región más fría que se extiende más allá de la órbita de Júpiter, y luego se lanzó a la zona media del cinturón debido a la gran inestabilidad gravitatoria provocada por la formación del gas. planetas gigantes Júpiter y Saturno.

«La presencia de hielo de amoníaco es una fuerte evidencia observacional de que Ceres pudo haberse formado en la región más fría del Sistema Solar, más allá de la llamada Línea de Hielo, donde las temperaturas eran lo suficientemente bajas como para que ocurriera la condensación y el derretimiento de agua y sustancias volátiles tales como monóxido de carbono [CO]dióxido de carbono [CO2] y amoníaco [NH3]», dice Ribeiro de Sousa.

Hoy, la Línea de Hielo se encuentra muy cerca de la órbita de Júpiter. Sin embargo, cuando el Sistema Solar estaba en formación, hace 4.500 millones de años, la posición de esta zona varió según la evolución del disco de gas protoplanetario y la formación de los planetas gigantes.

«La fuerte perturbación gravitatoria provocada por el crecimiento de estos planetas podría haber alterado la densidad, la presión y la temperatura del disco protoplanetario, lo que habría desplazado la Línea de Hielo. Esta perturbación en el disco de gas protoplanetario habría provocado el crecimiento de los planetas, mientras que adquirir gas y sólidos, migrar a órbitas más cercanas al Sol», explica el profesor Vieira Neto.

«En nuestro trabajo, propusimos un escenario para explicar por qué Ceres es tan diferente de los asteroides vecinos. En este escenario, Ceres habría comenzado su formación en una órbita más allá de Saturno, donde abundaba el amoníaco. Durante el crecimiento de los planetas gigantes, fue jaló hacia el cinturón de asteroides, como una retirada del Sistema Solar exterior, y ha sobrevivido hasta hoy, durante 4.500 millones de años», dice Ribeiro de Sousa.

Para probar esta hipótesis, Ribeiro de Sousa y colaboradores realizaron una gran cantidad de simulaciones por computadora de la fase de formación de planetas gigantes dentro del disco de gas protoplanetario que rodeaba al Sol. En el modelo se consideró en el disco la presencia de Júpiter, Saturno, embriones planetarios (precursores de Urano y Neptuno) y una colección de objetos similares en tamaño y composición química a Ceres. La suposición era que Ceres sería un objeto de tipo planetesimal. Estos se consideran los «bloques de construcción» de los planetas y otros cuerpos del Sistema Solar, como asteroides, cometas, etc.

“En nuestras simulaciones comprobamos que la fase de formación de los planetas gigantes no fue nada suave. Se caracterizó por gigantescas colisiones entre los precursores de Urano y Neptuno, por la expulsión de planetas fuera del Sistema Solar e incluso por la invasión de la región interior. por planetas con masas superiores a tres veces la masa de la Tierra. Además, la fuerte perturbación gravitatoria dispersó objetos similares a Ceres a lo largo y ancho. Algunos, con cierta probabilidad, alcanzaron la región del cinturón de asteroides y adquirieron estabilidad. órbitas, capaz de sobrevivir a otros eventos», dice el investigador.

Según Ribeiro de Sousa, tres mecanismos principales actuaron para preservar estos objetos en la región: la acción del gas, que amortiguó las excentricidades e inclinaciones de sus órbitas; las resonancias de sus movimientos promedio con Júpiter, que los protegía de eyecciones y colisiones causadas por este planeta gigante; y encuentros cercanos con los planetas invasores, que extendieron los planetesimales a regiones internas más estables del cinturón de asteroides.

“Nuestro principal resultado indica que, en el pasado, hubo al menos 3.500 objetos similares a Ceres más allá de la órbita de Saturno. Y que, con esa cantidad de objetos, nuestro modelo mostró que uno de ellos logró ser transportado y capturado en el cinturón de asteroides, en una órbita muy similar a la órbita actual de Ceres”, destaca el investigador.

Esta cifra, 3.500 objetos tipo Ceres, ya había sido estimada por otros estudios, basados en la observación de cráteres y los tamaños de otras poblaciones de estrellas, situadas más allá de Saturno, como las que forman el Cinturón de Kuiper, donde orbita Plutón. y otros pequeños planetas. “Con nuestro escenario pudimos confirmar ese número y explicar las propiedades orbitales y químicas de Ceres. Este trabajo tiene un punto a favor de los modelos más recientes de formación del Sistema Solar”, resume Ribeiro de Sousa.

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