Nueva teoría sobre la formación sucesiva de las lunas de Júpiter

MADRID
Agencia dpa/ (Europa Press) –

Utilizando cálculos analíticos y simulaciones por computadora a gran escala, se ha propuesto una nueva teoría de los orígenes de los satélites jovianos –Io, Calisto, Ganímedes y Europa–. La investigación se describe en un artículo publicado por The Astrophysical Journal.

Durante los primeros millones de años de la vida de nuestro sol, estuvo rodeado por un disco protoplanetario compuesto de gas y polvo. Júpiter se unió de este disco y fue rodeado por su propio disco de material de construcción satelital. Este llamado disco circunjoviano fue alimentado por material del disco protoplanetario que llovió sobre Júpiter en los polos del planeta y salió de la esfera de influencia gravitacional de Júpiter a lo largo del plano ecuatorial del planeta. Pero aquí es donde las cosas se ponen difíciles para la formación de satélites; ¿Cómo acumuló este disco en constante cambio suficiente material para formar lunas?

El nuevo modelo de Konstatin Batygin, de Caltech, y Alessandro Morbidelli, del Observatorio de la Costa Azul, aborda esto incorporando la física de las interacciones entre el polvo y el gas en el disco circunjoviano. En particular, los investigadores demuestran que para los granos de polvo helado de un rango de tamaño específico, la fuerza que los arrastra hacia Júpiter y la fuerza (arrastre) que los transporta en el flujo exterior del gas se cancelan entre sí perfectamente, permitiendo que el disco actúe como una trampa de polvo gigante. Batygin dice que la inspiración para la idea surgió cuando salió a correr.

“Estaba corriendo cuesta arriba y vi que había una botella en el suelo que no rodaba colina abajo porque el viento que venía detrás de mí la empujaba hacia arriba y la mantenía en equilibrio con la gravedad”, dice en un comunicado. “Se me ocurrió una analogía simple: si una botella de cerveza rodando por un plano inclinado es similar a la descomposición orbital de los granos sólidos debido a la resistencia hidrodinámica, ¡entonces las partículas de cierto rango de tamaño deben encontrar un equilibrio equivalente en la órbita de Júpiter!”

El modelo de los investigadores propone que, debido a este equilibrio entre arrastre hacia adentro y arrastre hacia afuera, el disco alrededor de Júpiter se hizo rico en granos de polvo helado, cada uno de aproximadamente un milímetro de tamaño. Finalmente, este anillo de polvo se volvió tan masivo que colapsó bajo su propio peso en miles de “satélitesimales”, objetos similares a asteroides de unos 100 kilómetros de diámetro. Durante miles de años, los satélitesimales se unieron en lunas, una a una.

Según el modelo, cuando se formó la primera luna (Io) y su masa alcanzó un cierto umbral, su influencia gravitacional comenzó a generar ondas en el disco gaseoso de material que rodeaba a Júpiter. Al interactuar con estas ondas, la luna migró hacia Júpiter hasta llegar al borde interno del disco circunjoviano, cerca de su órbita actual. El proceso comenzó nuevamente con la siguiente luna.

Este proceso secuencial de formación y migración hacia adentro llevó a Io, Europa y Ganímedes a bloquear una resonancia orbital, una configuración en la que cada cuatro veces que Io rodea a Júpiter, Europa gira dos veces y Ganímedes gira una vez. Esta llamada resonancia de Laplace es una de las características más llamativas y conocidas de las órbitas de las lunas.

Finalmente, el modelo sugiere que la radiación del sol eventualmente eliminó el gas restante en el disco alrededor de Júpiter, dejando atrás los satélites residuales que luego formaron la cuarta y última luna mayor, Calisto. Sin embargo, al no quedar gas para impulsar la migración de largo alcance, Callisto no pudo unirse a las otras lunas en resonancia, y se quedó varado para girar alrededor de Júpiter cada dos semanas.

“El proceso que describimos para la formación de los satélites de Júpiter puede ser general”, dice Morbidelli. “Ahora tenemos observaciones del disco alrededor de un planeta gigante extrasolar, PDS70c, y se ve extraordinariamente rico en polvo, como imaginamos el disco de Júpiter antes de la formación de sus satélites”.

Todavía hay mucho por descubrir sobre las lunas jovianas. La misión Europa Clipper de la NASA, que se lanzará en 2024, visitará Europa con el objetivo de descubrir si tiene o no condiciones favorables para la vida. La Agencia Espacial Europea también planea enviar una misión, llamada JUpiter ICy Moons Explorer (JUICE), centrada en Ganímedes, la mayor de las lunas jovianas.