Una explicación al misterioso origen del polvo de los cometas

Se cree que los planetas rocosos como la Tierra comenzaron su andadura como polvo girando en torno a las estrellas recién nacidas. Las secretos de este proceso nos llegan hoy en forma de meteoritos y cometas, y también mediante la observación de los discos protoplanetarios que rodean estrellas jóvenes.

La combinación de fuerzas de presión de radiación de la estrella y del disco crea una nueva fuerza que permite a los granos de polvo desplazarse a lo largo de la superficie del disco desde las regiones interiores a las exteriores del disco. Crédito D. Vinkovic

Los detalles de la evolución del polvo para formar objetos mayores ha quedado velado en un misterio, sin embargo ahora dos artículos publicados en la revista Nature proponen un mecanismo para explicarla.

El nuevo mecanismo se basa en los granos de polvo cristalinos sometidos a un intenso calor. Estos granos habrían migrado desde dónde fueron creados (probablemente cerca del Sol) hacia el sistema solar exterior. Por extensión este mismo proceso ha debido haber sucedido en las cercanías de otras estrellas jóvenes.

Se han propuesto tres hipótesis para explicar la migración, pero ninguna se ajusta bien. Estas hipótesis son de acuerdo a Dejan Vinkovic de la Universidad de Split en Croacia: la mezcla turbulenta, el lanzamiento de partículas en un denso viento creado por la interacción del disco de acreción con el campo magnético estelar (modelo X-wind), y la mezcla con mediación de brazos espirales temporales en discos marginales gravitacionalmente inestables. Vinkovic es el autor lider de uno de los artículos de Nature.

Detalle de partícula de un cometa

"La hipótesis de mezcla turbulenta necesita una fuente eficiente de viscosidad turbulenta y la inestabilidad magnetotoroidal se invoca como la candidata más prometedora, pero las grandes extensiones del disco se cree que están insuficientemente ionizadas para mantener esta inestabilidad activa," escribió Vinkovic. "El modelo X-Wind está cimentado en el concepto teórico de las configuraciones del campo magnético en las proximidades inmediatas de las estrellas de la pre-secuencia principal y existen grandes esperanzas de que observaciones futuras puedan resolver este planteamiento."

Finalmente, "El modelo de brazos en espiral está en discusión sobre si las aproximaciones y suposiciones físicas y numéricas subyacentes sobre las condiciones originales son los suficientemente realistas como para conseguir resultados plausibles." En el otro artículo, Peter Abraham de la Academia Húngara de Ciencias y sus colegas hallaron la huella de polvo cristalino después de la fulguración de una estrella joven, mientras que los archivos de datos no mostraron ninguna señal de ello antes de la fulguración. El artículo de Vinkovic investiga la mezcla de grandes partículas de polvo cristalino en el disco protoplanetario alrededor del joven Sol.

En las lluvias de meteoros como esta de las leonidas, los granos liberados por los cometas al ser "erosionados" por el Sol se precipitan a la atmósfera terrestre a alta velocidad

La fuerza producida por la luz que incide sobre un cuerpo se llama presión por radiación. Es una fuerza que no experimentamos cotidianamente en nuestra vida, puesto que tenemos mucha masa para advertirla. Pero en cambio para las partículas pequeñas esta fuerza puede ser mayor que la de la gravedad, que mantiene orbitando las partículas en torno a la estrella. Las investigaciones se han enfocado hasta ahora unicamente en la presión de radiación debida a la luz estelar. Los resultados muestran que los granos individualmente no viajarían muy lejos y serían empujados hacia las profundidades del disco.

Vinkovic informa que la radiación infrarroja que brota del disco de polvo puede apartar los granos mayores a un micrómetro hacia el exterior del disco, en dónde son empujados hacia afuera por la presión por radiación estelar mientras se mueven por encima del disco. Los granos regresan al disco a distancias dónde las temperaturas son demasiado frías como para producir suficiente radiación infrarroja para un grano de un tamaño dado y una densidad de un sólido.

Sin embargo, vinkovic señala que no se trata únicamente de la estrella, sino del disco que brilla. Cuando estudiamos los efectos de los granos de polvo protoplanetario mayores de un micrómetro (el tamaño de una partícula de humo de cigarrillo, Vinkovic ha descubierto que la intensa radiación infrarroja de las regiones más calientes del disco protoplanetario es capaz de empujar este polvo hacia el exterior del disco. La radiación infrarroja es lo que llamamos "calor" cuando la sentimos en nuestra piel. La combinación de la presión por radiación de la estrella y del disco crea una fuerza combinada que permite a los granos de polvo migrar a lo largo de la superficie del disco desde las regiones internas a las externas del disco.

Las temperaturas en esta región caliente alcanzan los 1500º Kelvin (unos 1200º C), lo suficiente como para vaporizar las partículas de polvo sólido o para alterar su estructura química. El mecanismo que Vinkovic describe en su artículo trasnportaría estas partículas de polvo alteradas hacia regiones más frías del disco más alejadas de la estrella. Esto puede explicar por qué los cometas contienen una extravagante mezcla de hielos y partículas alteradas a alta temperatura. Los astrónomos han estado perplejos por esta mezcla, puesto que los cometas se forman en regiones frías del disco con sustancias congeladas como los hielos de agua, dióxido de carbono o metano. Es lógico pensar que las partículas que se hallan mezcladas con estos hielos nunca experimentaron altas temperaturas.

En un editorial que acompaña a los estudios, el astrofísico de la Universidad de Missouri Aigen Li escribió que el origen de los silicatos cristalinos en los cometas "ha sido un asunto de debate desde su detección hace 20 años." Mientras que Li considera prometedora la nueva teoría: "Sería interesante ver si otros mecanismos como la mezcla turbulenta y el modelo "X-wind" transportarían de forma efectiva partículas menores a 1 micrómetro (eficientes emisores en en infrarrojo medio) hacia el exterior y podrían incorporarse a los cometas. Es posible también que algunos silicatos cristalinos (aunque no todos) se hayan formado en el interior de las comas cometarias."

Puede verse aquí un vídeo con una corta animación de este mecanismo.

Fuente original

Vía Odisea Cósmica