Una superficie lunar con grandes cráteres bombardeando asteroides. Crédito de la imagen: NASA Haga clic para ampliar
Las colisiones de golpe y fuga entre planetas embrionarios durante un período crítico en la historia temprana del Sistema Solar pueden explicar algunas propiedades previamente inexplicadas de planetas, asteroides y meteoritos, según investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz, quienes describieron sus hallazgos en la edición del 12 de enero de la revista Nature.
Los cuatro planetas "terrestres" o rocosos (Tierra, Marte, Venus y Mercurio) son el producto de un período inicial, que dura decenas de millones de años, de violentas colisiones entre cuerpos planetarios de varios tamaños. Los científicos han considerado principalmente estos eventos en términos de la acumulación de nuevo material y otros efectos en el planeta impactado, mientras que se ha prestado poca atención al impactador. (Por definición, el impactador es el más pequeño de los dos cuerpos que chocan).
Pero cuando los planetas chocan, no siempre se mantienen unidos. Aproximadamente la mitad del tiempo, un impactador del tamaño de un planeta que golpea a otro cuerpo del tamaño de un planeta rebotará, y estas colisiones de golpe y fuga tienen consecuencias drásticas para el impactador, dijo Erik Asphaug, profesor asociado de ciencias de la Tierra en la UCSC y primer autor de El papel de la naturaleza.
"Uno termina con planetas que dejan la escena del crimen con un aspecto muy diferente de cuando llegaron: pueden perder su atmósfera, corteza, incluso el manto, o pueden ser desgarrados en una familia de objetos más pequeños", dijo Asphaug .
Los restos de estos impactadores rotos se pueden encontrar en todo el cinturón de asteroides y entre meteoritos, que son fragmentos de otros cuerpos planetarios que han aterrizado en la Tierra, dijo. Incluso el planeta Mercurio puede haber sido un impactador de golpe y fuga que tenía muchas de sus capas externas despojadas, dejándolo con un núcleo relativamente grande y una corteza y un manto delgados, dijo Asphaug. Sin embargo, ese escenario sigue siendo especulativo y requiere un estudio adicional, dijo.
Asphaug e investigador postdoctoral Craig Agnor utilizó computadoras poderosas para ejecutar simulaciones de una variedad de escenarios, desde encuentros de pastoreo hasta golpes directos entre planetas de tamaños comparables. El coautor Quentin Williams, profesor de ciencias de la Tierra en la UCSC, analizó los resultados de estas simulaciones en términos de sus efectos sobre la composición y el estado final de los objetos remanentes.
Los investigadores encontraron que incluso los encuentros cercanos en los que los dos objetos no chocan realmente pueden afectar severamente al objeto más pequeño.
"Cuando dos objetos masivos pasan cerca uno del otro, las fuerzas gravitacionales inducen cambios físicos dramáticos: descomprimir, derretir, quitar el material e incluso aniquilar el objeto más pequeño", dijo Williams. "Se puede hacer mucha física y química en los objetos del Sistema Solar sin siquiera tocarlos".
Un planeta ejerce una enorme presión sobre sí mismo a través de la autogravedad, pero la atracción gravitacional de un objeto más grande que pasa cerca puede hacer que esa presión caiga precipitadamente. Williams dijo que los efectos de esta despresurización pueden ser explosivos.
"Es como descorchar la bebida más gaseosa del mundo", dijo. “Lo que sucede cuando un planeta se descomprime en un 50 por ciento es algo que no entendemos muy bien en esta etapa, pero puede cambiar la química y la física en todo el lugar, produciendo una complejidad de materiales que podría explicar la heterogeneidad vemos en meteoritos ".
Se cree que la formación de los planetas terrestres comenzó con una fase de suave acreción dentro de un disco de gas y polvo alrededor del Sol. Los planetas embrionarios devoraron gran parte del material a su alrededor hasta que el Sistema Solar interno albergó alrededor de 100 planetas del tamaño de la Luna al tamaño de Marte, dijo Asphaug. Las interacciones gravitacionales entre sí y con Júpiter luego arrojaron estos protoplanetas fuera de sus órbitas circulares, desencadenando una era de impactos gigantes que probablemente duró 30 a 50 millones de años, dijo.
Los científicos han usado computadoras para simular la formación de los planetas terrestres a partir de cientos de cuerpos más pequeños, pero la mayoría de esas simulaciones han asumido que cuando los planetas colisionan se pegan, dijo Asphaug.
"Siempre hemos sabido que es una aproximación, pero en realidad no es fácil para los planetas fusionarse", dijo. "Nuestros cálculos muestran que tienen que moverse con bastante lentitud y golpear casi de frente para aumentar".
Es fácil para un planeta atraer y acumular un objeto mucho más pequeño que él mismo. Sin embargo, en los impactos gigantes entre cuerpos del tamaño de un planeta, el impactador es comparable en tamaño al objetivo. En el caso de un impactador del tamaño de Marte que golpea un objetivo del tamaño de la Tierra, el impactador tendría una décima parte de la masa pero la mitad del diámetro de la Tierra, dijo Asphaug.
“Imagina que dos planetas chocan, uno la mitad del otro, en un ángulo de impacto típico de 45 grados. Aproximadamente la mitad del planeta más pequeño realmente no se cruza con el planeta más grande, mientras que la otra mitad se detiene en seco ", dijo Asphaug. "Así que está ocurriendo un cizallamiento enorme, y luego tienes fuerzas de marea increíblemente poderosas que actúan a distancias cortas. La combinación funciona para separar el planeta más pequeño incluso cuando se va, por lo que en los casos más severos el impactador pierde una gran fracción de su manto, sin mencionar su atmósfera y corteza ".
Según Agnor, todo el problema de la formación de planetas es altamente complejo, y desentrañar el papel desempeñado por las colisiones de fragmentación de golpe y fuga requerirá un estudio más profundo. Sin embargo, al examinar las colisiones planetarias desde la perspectiva del impactador, los investigadores de la UCSC han identificado mecanismos físicos que pueden explicar muchas características desconcertantes de los asteroides.
Las colisiones de golpe y fuga pueden producir una amplia gama de diferentes tipos de asteroides, dijo Williams. "Algunos asteroides parecen planetas pequeños, no muy perturbados, y en el otro extremo del espectro hay unos que parecen huesos de perros ricos en hierro en el espacio", dijo. “Este es un mecanismo que puede quitar diferentes cantidades del material rocoso que compone la corteza y el manto. Lo que queda puede variar desde el núcleo rico en hierro hasta un conjunto completo de mezclas con diferentes cantidades de silicatos ".
Uno de los acertijos del cinturón de asteroides es la evidencia del derretimiento global generalizado de los asteroides. El calentamiento por impacto es ineficiente porque deposita calor localmente. No está claro qué podría convertir un asteroide en una gran masa fundida, pero la despresurización en una colisión de golpe y fuga podría ser el truco, dijo Asphaug.
"Si la presión cae en un factor de dos, puedes pasar de algo que está simplemente caliente a algo fundido", dijo.
La despresurización también puede hervir el agua y liberar gases, lo que explicaría por qué muchos meteoritos diferenciados tienden a estar libres de agua y otras sustancias volátiles. Asphaug dijo que estos y otros procesos involucrados en colisiones de golpe y fuga deben estudiarse con más detalle.
"Es un nuevo mecanismo para la evolución planetaria y la formación de asteroides, y sugiere una gran cantidad de escenarios interesantes que justifican un mayor estudio", dijo.
Fuente original: NASA Astrobiology
