04/Oct/08

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Un "pequeño Bang" provocó la formación del Sistema Solar

A lo largo de varias décadas, los científicos pensaron que el sistema solar se formó como consecuencia de una onda expansiva desde una estrella que estalló -una supernova- y que provocó el colapso de una densa nube de gas y polvo que se contrajo para formar el Sol y los planetas

Pero los modelos detallados de este proceso de formación sólo trabajaron bajo una simplificada suposición de que las temperaturas durante los violentos eventos permanecían constantes.

Ahora, los astrofísicos del departamento de magnetismo terrestre (DTM) de la Carnegie Institution han mostrado por primera vez que efectivamente una supernova puede haber provocado la formación del Sistema Solar, pero bajo condiciones más probables de rápido calentamiento y enfriamiento. Los resultados, a ser publicados en la edición del 20 de octubre de 2008 de la Astrophysical Journal, han resuelto este dilatado debate.

Vista en sección transversal de la mitad de una nube
de masa solar al ser golpeada por el frente de choque
de una supernova que se desplaza hacia abajo.
Los colores representan a la nube objetivo,
con colores más rojos para regiones más densas.
Los contornos negros y sólidos delinean el material
que originalmente era del frente de choque
de la supernova, donde los radioisótopos efímeros
son inyectados en la nube objetivo que colapsa.

"Hemos tenido evidencias químicas de meteoritos que apuntan a que una supernova provocó la formación de nuestro sistema solar desde años '70", señaló Alan Boss, autor principal del trabajo, de Carnegie. "Pero nadie ha estado en los detalles. Hasta este estudio, los científicos no fueron capaces de inventar un escenario auto-consecuente, donde el colapso es provocado al mismo tiempo que los isótopos recién creados de la supernova son inyectados en la nube que colapsa".

Los isótopos radioactivos efímeros -versiones de elementos con la misma cantidad de protones, pero con una cantidad diferente de neutrones- encontrados en los meteoritos muy viejos se desintegran en escalas temporales de millones de años y se convierten en elementos diferentes (llamados hijas). Si se encuentran elementos hija en los meteoritos primitivos implica que los padres radioisótopos efímeros debe haber sido creados apenas un millón de años antes de que los mismos meteoritos se formaran. "Uno de estos isótopos padres, el hierro-60, puede ser fabricado en cantidades significativas sólo en los poderosos hornos nucleares de las estrellas masivas o evolucionadas", explicó Boss. "El hierro-60 se desintegra en níquel-60, y el níquel-60 ha sido encontrado en los meteoritos primitivos. De modo que sabemos dónde y cuándo fue fabricado el isótopo padre, pero no cómo llegó hasta aquí".

Los modelos previos de Boss y su ex-colega de DTM Prudence Foster, mostraron que los isótopos podían ser depositados en una nube pre-solar si una onda expansiva desde la explosión de una supernova disminuía su velocidad a 6-25 millas por segundo y si la onda y la nube tenían una temperatura constante de -440°F (10 K). "Esos modelos no funcionaban si el material era calentado por compresión y enfriado por radiación, y este enigma ha dejado serias dudas en la comunidad sobre si la explosión de una supernova provocó estos eventos hace más de cuatro mil millones de años, o no", señaló Harri Vanhala, que encontró el resultado negativo en su trabajo de tesis doctoral en el centro para astrofísica del Harvard-Smithsonian en 1997.

Usando un código de malla adaptable para hidrodinámica, FLASH2.5, diseñado para manejar frentes de choque, así como una ley de enfriamiento mejorada, los investigadores de Carnegie consideraron varias situaciones diferentes. En todos los modelos, el frente de choque golpeaba una nube pre-solar con la masa de nuestro Sol, que consistía en polvo, agua, monóxido de carbono, e hidrógeno molecular, para llegar a temperaturas tan altas como 1.340°F (1.000 K). Ante la falta de enfriamiento, la nube no podía colapsar. Sin embargo, con la nueva ley de enfriamiento, descubrieron que después de 100.000 años la nube pre-solar era 1.000 veces más densa que antes, y que el calor del frente de choque se perdía rápidamente, resultando en sólo una delgada capa con temperaturas cercanas a 1.340°F (1000 K). Después de 160.000 años, el centro de la nube había colapsado para volverse un millón de veces más denso, formando el proto-Sol. Los investigadores encontraron que los isótopos del frente de choque estaban mezclados dentro del proto-Sol de una manera compatible con su origen en una supernova.

"Es la primera vez que se muestra que funciona un modelo detallado con una supernova que provoca la formación de nuestro Sistema Solar", dijo Boss. "Nosotros empezamos con un pequeño Bang 9.000 millones de años después del Bang".

Fuente: Carnegie Institution. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard