La impresión de un artista de un satélite formándose alrededor de un planeta gaseoso gigante que todavía se está formando alrededor de una estrella. Crédito:Universidad de Nagoya
Las simulaciones numéricas muestran que el gradiente de temperatura en el disco de gas alrededor de un planeta gigante gaseoso joven podría desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de un sistema de satélites dominado por una sola luna grande. similar a Titán en el sistema de Saturno. Los investigadores encontraron que el polvo en el disco circumplanetario puede crear una "zona de seguridad" que evita que la luna caiga en el planeta a medida que el sistema evoluciona.
Los astrónomos creen que muchas de las lunas que vemos en el sistema solar, especialmente lunas grandes, formado junto con el planeta padre. En este escenario, las lunas se forman a partir del gas y el polvo que giran alrededor del planeta que aún se está formando. Pero las simulaciones anteriores han dado como resultado que todas las grandes lunas caigan en el planeta y sean tragadas, o quedan varias lunas grandes. La situación observada alrededor de Saturno, con muchas lunas pequeñas pero solo una luna grande, no encaja en ninguno de estos modelos.
Yuri Fujii, un profesor asistente designado en la Universidad de Nagoya, y Masahiro Ogihara, un profesor asistente de proyectos en el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), creó un nuevo modelo de discos circumplanetarios con una distribución de temperatura más realista al considerar múltiples fuentes de opacidades, incluyendo polvo y hielo. Luego simularon la migración orbital de las lunas, teniendo en cuenta factores que incluyen la presión del gas del disco y la gravedad de otros satélites.
Sus simulaciones muestran que hay una "zona de seguridad" donde una luna se aleja del planeta. En esta área, El gas más caliente dentro de la órbita empuja al satélite hacia afuera y evita que caiga al planeta.
Resultados de la simulación que muestran los radios orbitales frente al tiempo de 7 lunas hipotéticas con masa de Titán. A medida que avanza la simulación, casi todos estos satélites caen en el planeta, sin embargo, el satélite más externo solo sobrevive hasta que el gas del disco se disipa. Este satélite reside temporalmente en la "zona de seguridad". Crédito:Fujii y Ogihara, AUTOMÓVIL CLUB BRITÁNICO, 2020
Un escenario para la formación de una sola luna grande. (1) A medida que se forma un planeta, un disco que contiene gas y polvo gira alrededor del planeta. Los materiales sólidos se condensan en este disco. (2) Los componentes sólidos crecen hasta el tamaño del satélite en el disco circumplanetario. Las simulaciones en esta investigación partieron de esta etapa. (3) Las órbitas de estos satélites en el disco cambian gradualmente debido a la influencia del gas. Muchos satélites se acercan al planeta mientras orbitan, y eventualmente caer en el planeta. Sin embargo, un satélite con una órbita ubicada en una "zona de seguridad" no cae en el planeta, pero mantiene su distancia del planeta. (4) A medida que el gas en el disco se disipa, el satélite que sobreviva en la “zona de seguridad” permanecerá hasta el final con una órbita estable. Crédito:NAOJ
"Demostramos por primera vez que se puede formar un sistema con una sola luna grande alrededor de un planeta gigante, ", dice Fujii." Este es un hito importante para comprender el origen de Titán ".
Sin embargo, Ogihara dice:"Sería difícil examinar si Titán realmente experimentó este proceso. Nuestro escenario podría verificarse mediante la investigación de satélites alrededor de planetas extrasolares. Si se encuentran muchos sistemas de exoluna única, los mecanismos de formación de tales sistemas se convertirán en un tema candente ".
El estudio, titulado "Formación de sistemas de una sola luna alrededor de gigantes gaseosos, "fue publicado en Astronomía y Astrofísica en marzo de 2020. Las simulaciones en esta investigación utilizaron el PC Cluster operado por NAOJ.
