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¿Por qué Júpiter no se convirtió en un Júpiter caliente?

¿Por qué Júpiter no se convirtió en un Júpiter caliente?

Hasta el descubrimiento del primer Júpiter Caliente, los astrónomos que estudiaron el sistema solar pensaban que tenían un conocimiento bastante bueno de cómo llegamos aquí.

En el transcurso de mil millones de años, la lenta formación de motas de polvo formó los planetas rocosos dentro del sistema solar interior. Más allá del cinturón de asteroides, los grandes y poderosos gigantes gaseosos evolucionaron de cuerpos helados parecidos a asteroides del tamaño de la Tierra a planetas masivos con atmósferas de gas de decenas de miles de millas de espesor al recolectar los abundantes gases que fluían alrededor del sistema solar primitivo que sería más denso. más lejos del sol.

Como nunca había visto otro sistema planetario con el que compararlo, el agradable crecimiento ordenado y la eventual segregación de las diferentes clases de planetas en zonas ordenadas, casi por mandato divino, tenían cierto atractivo para él.

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Encaja bien con nuestras divisiones implícitas en jerarquías y relaciones vasallo-patrón que surgen de la gran disparidad de poder que constituye la mayor parte de la historia humana. Eso comenzó a cambiar a mediados de la década de 1990 después del descubrimiento de exoplanetas que orbitan alrededor de otros soles que desafiaron directamente nuestras suposiciones e inmediatamente cuestionaron casi todo lo que creíamos saber sobre cómo se formaron los planetas.

La abundancia de Júpiter calientes y Súper Tierras Gaslights Astrónomos

El descubrimiento de Peg 51, el primer exoplaneta jamás descubierto que orbita una estrella similar a la nuestra, no se parecía a nada que hayamos visto. Tiene la mitad de la masa y aproximadamente el mismo diámetro como Júpiter, pero solo estaba tomando 4 dias orbitar su estrella, un período orbital que parecía imposible para algo tan masivo.

La única forma en que esto tenía sentido era si Peg 51 era menor que 10 millones de millas de la superficie de su estrella. No solo las observaciones posteriores confirmaron esto, sino que otros astrónomos que estudiaban otros sistemas estelares encontraron estos llamados Júpiter calientes por todas partes. Muchos de estos sistemas estelares incluso tenían varios cuerpos en órbita muy cercana alrededor de sus estrellas, muchos de ellos de varias masas terrestres o más.

Lo que no veían en estos sistemas solares era uno que se parecía en nada al nuestro. Las ordenadas y ordenadas divisiones de nuestro sistema de origen, con los mundos pequeños y rocosos en el interior y los grandes gigantes gaseosos en el exterior, con casi todos los planetas orbitando alrededor del sol en una elipse bien formada con muy poca excentricidad, fue en realidad un fenómeno galáctico de la naturaleza.

En los años que siguieron, los científicos han comenzado a mirar nuevamente las condiciones que produjeron el sistema solar en el que vivimos y la historia que está comenzando a surgir da vuelta a la vieja y aburrida historia del origen de un crecimiento lento, constante y estable.

Descubriendo la evolución de Júpiter caliente

El misterio esencial de los Júpiter calientes al que se enfrentaron los astrónomos mientras observaban otros sistemas era tratar de imaginar qué proceso podría haber causado que algo tan grande se estableciera en una órbita ultrarrápida a solo una décima de la distancia de su estrella que nosotros a nuestro sol.

Hay tres teorías principales que los científicos han ideado, pero solo debemos preocuparnos por una de ellas, la teoría de la migración.

Al igual que un agujero negro está rodeado por un disco de acreción, la etapa más temprana de formación estelar también produce un disco similar de polvo, gases y escombros alrededor de la estrella. Debido a la forma en que la gravedad de las estrellas interactúa con los gases de su disco de acreción, los gases del disco son succionados lentamente hacia la estrella, creando una especie de remolino estelar con el horno estelar en su corazón.

Dado que son las regiones externas del disco de acreción las que suelen ser las más densas en gas, este efecto de remolino en los gases mucho más alejados es aún más poderoso e incluso podría reducir la velocidad radial de la órbita de un gigante gaseoso barriendo efectivamente al gigante gaseoso. con su corriente y llevándola más adentro del sistema estelar en una espiral cada vez más apretada hacia la estrella.

Vete a casa Júpiter, estás borracho

En las mitologías griega y romana antiguas, Júpiter —o Zeus, en su manifestación griega— era un rey malhumorado, violento e indiferente del panteón clásico. Cualquiera que sea la catástrofe que provoque Júpiter en el Universo, y hubo muchas, nunca fue Júpiter quien sufrió las consecuencias, sino los transeúntes a menudo inocentes que estaban en el lugar equivocado en el momento equivocado.

Resulta que Júpiter, el planeta, puede que no se haya comportado mejor en su juventud que la figura mitológica que le dio su nombre. Así como los astrónomos han tratado de explicar cómo un gigante gaseoso se convierte en un Júpiter caliente, otros han estado tratando de averiguar por qué nuestro Júpiter no lo hizo convertirse en uno y, hasta ahora, la evidencia está comenzando a revelar un sistema solar temprano que fue el escenario de una notable serie de eventos.

La investigación más reciente nos dice que Júpiter comenzó su vida como un asteroide helado del tamaño de la Tierra. Estos datos muestran que este cuerpo helado, que luego formaría el núcleo del gigante gaseoso que vemos hoy, comenzó alrededor de cuatro veces tan distante del Sol como lo está Júpiter hoy, colocando su lugar de nacimiento entre las órbitas actuales de Urano y Neptuno.

Se cree que sobre 2-3 millones de años después de que se formó por primera vez en el disco de acreción del Sol, Júpiter comenzó una 700 millones de años período en el que se realiza lo que algunos científicos denominan Grand Tack, inspirado en el tipo de maniobra de “virada” que realiza un barco cuando se acerca a una boya, la pasa y la rodea, y luego se aleja rápidamente en la dirección de donde vino. En el caso de Júpiter, esta maniobra de Grand Tack del creciente gigante gaseoso afectaría profundamente la evolución del sistema solar.

En otros sistemas exoplanetarios que hemos estudiado, una de las características predominantes es el predominio de sistemas con uno o varios planetas del tamaño de una súper Tierra en órbita cercana alrededor de una estrella; algo de lo que carece nuestro sistema solar.

En su migración orbital cada vez más estrecha, la influencia gravitacional de Júpiter habría impulsado innumerables asteroides y otro material protoplanetario en cascada hacia el sistema solar interior. La gravedad de Júpiter también habría distorsionado las órbitas de los mundos en evolución del tamaño de la Súper Tierra en mundos más elípticos, y posiblemente superpuestos, mientras llovía un infierno de asteroides sobre ellos desde el exterior.

Por muy violentas que hayan sido estas colisiones, el efecto más importante de esta cascada de asteroides y planetoides que chocan entre sí es lo que le hizo a los gases del sistema solar interior. La inesperada avalancha de material rocoso impulsó fuerzas aerodinámicas que capturaron los crecientes cuerpos planetarios del sistema solar interior en sus corrientes y finalmente barrieron estos planetas hacia el sol mismo.

Las simulaciones muestran que esta Gran Vuelta de Júpiter habría destruido por completo cualquiera de los grandes cuerpos en evolución capturados frente a su peregrinaje hacia el Sol.

Una intervención oportuna y moderadora

Este debería haber sido el caso, pero claramente esto no sucedió. Júpiter, en lugar de continuar su migración a unos pocos millones de millas del Sol como lo habría hecho un Júpiter Caliente, cambió de rumbo: viró.

Cuando Júpiter llegó al interior 1,5 AU del sol, cerca de donde está ahora Marte, su migración hacia adelante se detuvo y comenzó a retirarse del Sol. Resultó que Júpiter no era el único gigante gaseoso en movimiento. Neptuno y Urano estaban comenzando su propia versión de este proceso, al igual que el más importante de todos: Saturno.

Saturno, acumulándose cientos de millones de años detrás de Júpiter, había crecido lo suficiente como para que su gravedad comenzara a ejercer un tirón lo suficientemente fuerte sobre Júpiter que la órbita de Júpiter, en lugar de apretarse, comenzó a alejarlo del Sol.

En poco tiempo, las órbitas de Júpiter y Saturno quedaron bloqueadas en resonancia, lo que permitió a ambos gigantes gaseosos eliminar cualquier gas restante entre ellos. Sin estos gases para impulsar sus migraciones, Júpiter y Saturno se establecieron en sus órbitas estables actuales.

Lo que Júpiter dejó en el sistema solar interior, en términos cósmicos, fue casi nada, pero se cree que cuando Júpiter regresó a su órbita actual, sacó los restos y el chorro de agua que permanecieron en órbitas circulares estables. Durante los siguientes cientos de millones de años, los escombros que quedaron después de la carga destructiva de Júpiter hacia el Sol se fusionarían en los planetas del sistema solar interior que conocemos hoy.

Júpiter ocasionalmente lanzará un asteroide helado o dos a los planetas interiores, que, cuando la Tierra era joven, comenzó a acumularse y eventualmente formaría océanos de agua líquida, pero en su mayor parte, el papel de Júpiter como destructor de mundos ha terminado. controlado por la influencia gravitacional moderadora de Saturno.

Ahora, en lugar de nuestro destructor, Júpiter se ha convertido en nuestro protector. Conteniendo 2,5 veces Con la masa de todos los demás planetas combinados, Júpiter actúa como un escudo gravitacional en órbita alrededor del sistema solar interior, redirigiendo la mayor parte a casi todos los asteroides entrantes y escombros lejos del sistema solar interior (hay importantes excepciones, por supuesto).

Este respiro le dio a la Tierra el tiempo que necesitaba para evolucionar formas de vida de creciente complejidad, protegida de que su trabajo se retrasara o se destruyera en repetidos y catastróficos impactos de asteroides. A cambio, Júpiter y Saturno tienen una comunidad de humanos aquí en la Tierra que reconocen con gratitud el papel de estos planetas, algo que, hasta donde sabemos, ningún otro gigante gaseoso del universo puede reclamar.


Ver el vídeo: #3 La Tierra orbitando un Jupiter caliente. Universe Sandbox 2. Cap 3 (Enero 2022).