Modelos del polvo del Cinturón de Kuiper pintan una visión alienígena del Sistema Solar

Las nuevas simulaciones hechas con supercomputadoras que siguen las interacciones de miles de granos de polvo muestran cómo verían el Sistema Solar los astrónomos alienígenas que estén buscando planetas. Estos modelos también dan una idea de cómo podría haber cambiado esta visión a medida que el sistema planetario maduraba

«Los planetas pueden ser demasiado débiles para detectarlos directamente, pero los alienígenas que estén estudiando nuestro Sistema Solar pueden detectar fácilmente la presencia de Neptuno, cuya gravedad produce una pequeña brecha en el polvo», dijo Marc Kuchner, un astrofísico del Goddard Space Flight Center de la NASA, en Greenbelt, Maryland. «Esperamos que nuestros modelos nos ayuden a detectar mundos del tamaño de Neptuno alrededor de otras estrellas».

El polvo se origina en el Cinturón de Kuiper, una zona de almacenamiento en frío más allá de Neptuno, donde millones de cuerpos congelados —incluyendo a Plutón— orbitan alrededor del Sol. Los científicos creen que esta región es una versión más vieja y delgada de los discos de escombros que han visto alrededor de otras estrellas como Vega y Fomalhaut.

«Nuestras nuevas simulaciones también nos permiten ver cómo se veía el polvo del Cinturón de Kuiper cuando el Sistema Solar era mucho más joven», dijo Christopher Stark, que trabajaba con Kuchner en el centro Goddard y ahora está en la Carnegie Institution for Science en Washington, D.C. «En efecto, podemos retroceder en el tiempo y ver cómo puede haber cambiado la visión lejana del Sistema Solar».

Los objetos del Cinturón de Kuiper en ocasiones chocan entre sí y esta incesante rutina de empujarse y restregarse produce un aluvión de granos helados. Pero hacer el seguimiento de la forma en que este polvo viaja a través del Sistema Solar no es fácil porque las partículas pequeñas están sujetas a una variedad de fuerzas, además de la atracción gravitatoria del Sol y de los planetas.

Estas imágenes, producidas por los modelos de computadora que siguen
el movimiento de las partículas congeladas, representan fotografías
infrarrojas del polvo del Cinturón de Kuiper tal como lo vería un
observador distante. Por primera vez los modelos incluyeron los
efectos de las colisiones entre partículas. Elevando la tasa de
colisión, las simulaciones mostraron cómo la visión lejana del sistema
solar podría haber cambiado a lo largo de su historia. (Créditos:
NASA/Goddard/Marc Kuchner y Christopher Stark)

Los granos se ven afectados por el viento solar, que lleva al polvo más cerca del Sol, y por la luz solar, que puede empujarlo hacia adentro o hacia afuera. Lo que pasa depende del tamaño de la partícula.

Las partículas también chocan unas con otras y estas colisiones destruyen los frágiles granos. Un documento sobre los nuevos modelos, que son los primeros en incluir las colisiones de las partículas entre sí, apareció en la edición del 7 de septiembre de The Astronomical Journal.

«La gente pensó que este cálculo no podía hacerse porque hay demasiadas de estas pequeñas partículas como para seguirlas», dijo Kuchner. «Hemos encontrado una manera de hacerlo y eso nos ha abierto un panorama totalmente nuevo».

Con la ayuda de la supercomputadora Discover de la NASA, los investigadores llevaron el control de 75000 partículas de polvo mientras éstas interactuaban con los planetas exteriores, con la luz del Sol, con el viento solar y entre ellas mismas.

El tamaño del polvo modelo osciló entre el ancho del ojo de una aguja (0,05 pulgadas o 1,2 milímetros) a un tamaño más de mil veces menor, similar al de las partículas de humo. Durante la simulación, los granos se colocaron en uno de los tres tipos de órbita hallados en el Cinturón de Kuiper actual, a una tasa basada en las teorías corrientes sobre la velocidad de producción del polvo.

A partir de los datos obtenidos, los investigadores crearon imágenes sintéticas que representaban vistas infrarrojas del Sistema Solar desde lejos.

A través de los efectos gravitatorios llamados resonancias, Neptuno reúne a las partículas cercanas en órbitas preferenciales. Esto es lo que crea una zona clara alrededor del planeta, así como realces del polvo que lo sigue y precede alrededor del Sol.

«Una cosa que aprendimos es que, incluso en el Sistema Solar de hoy en día, las colisiones juegan un papel importante en la estructura del Cinturón de Kuiper», explicó Stark. Esto se debe a que las colisiones tienden a destruir a las partículas grandes antes de que éstas puedan distanciarse demasiado del lugar en donde se originan. Esto produce una anillo de polvo relativamente denso que se extiende a uno y otro lado de la órbita de Neptuno.

Para tener una idea de cómo se verían las versiones más jóvenes y compactas del Cinturón de Kuiper, el equipo de científicos aceleró la tasa de producción de polvo. En el pasado, el Cinturón contenía más cantidad de objetos que se estrellaban con más frecuencia, generando polvo a un ritmo más rápido. Con mayor cantidad de partículas de polvo las colisiones entre granos eran más frecuentes.

Usando modelos independientes que trabajaban con tasas de colisiones cada vez más elevadas, el equipo produjo imágenes que corresponden aproximadamente a un índice de generación de polvo 10, 100 y 1000 veces más intenso que el del modelo original. Los científicos estiman que el incremento del polvo refleja las condiciones del Cinturón de Kuiper a los 700 millones, 100 millones y 15 millones de edad.

«Estábamos asombrados con lo que vimos», dijo Kuchner.

A medida que las colisiones se hacen más importantes, la posibilidad de que los grandes granos de polvo sobrevivan para alejarse del Cinturón de Kuiper cae bruscamente. Retrocediendo en el tiempo, el ancho disco de polvo de hoy en día se colapsa formando un anillo denso y brillante que se asemeja a los anillos vistos alrededor de otras estrellas, especialmente Fomalhaut.

«Lo asombroso es que ya hemos visto estos angostos anillos alrededor de otras estrellas», dijo Stark. «Uno de nuestros próximos pasos será hacer simulaciones de los discos de escombros alrededor de Fomalhaut y otras estrellas para ver qué puede decirnos la distribución del polvo acerca de la presencia de planetas».

Los investigadores también planean desarrollar un cuadro más completo del disco de polvo del Sistema Solar mediante el modelado de fuentes adicionales más cercanas al Sol, incluyendo al cinturón principal de asteroides y a los miles de asteroides llamados «troyanos» acorralados por la gravedad de Júpiter.

Fuente: ScienceDaily. Aportado por Silvia Angiola

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