Hace unos 4.600 millones de años, una enorme nube de gas hidrógeno y polvo colapsó bajo su propio peso, eventualmente aplanándose en un disco llamado nebulosa solar. La mayor parte de este material interestelar se contrajo en el centro del disco para formar el sol, y parte del gas y el polvo restante de la nebulosa solar se condensaron para formar los planetas y el resto de nuestro sistema solar.

Ahora, los científicos del MIT y sus colegas han estimado la vida útil de la nebulosa solar, una etapa clave durante la cual tomó forma gran parte de la evolución del sistema solar.

Esta nueva estimación sugiere que los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno deben haberse formado dentro de los primeros 4 millones de años de la formación del sistema solar. Es más, deben haber completado la migración impulsada por gas de sus posiciones orbitales en este momento.

"Suceden muchas cosas justo al comienzo de la historia del sistema solar, "dice Benjamin Weiss, profesor de tierra, atmosférico, y ciencias planetarias en el MIT. "Por supuesto que los planetas evolucionan después de eso, pero la estructura a gran escala del sistema solar se estableció esencialmente en los primeros 4 millones de años ".

Weiss y el postdoctorado del MIT Huapei Wang, el primer autor de este estudio, reportar sus resultados hoy en la revista Ciencias . Sus coautores son Brynna Downey, Clemente Suavet, y Roger Fu del MIT; Xue-Ning Bai del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica; Jun Wang y Jiajun Wang del Laboratorio Nacional de Brookhaven; y Maria Zucolotto del Museo Nacional de Río de Janeiro.

Grabadores espectaculares

Al estudiar las orientaciones magnéticas en muestras prístinas de meteoritos antiguos que se formaron hace 4.653 mil millones de años, el equipo determinó que la nebulosa solar duró alrededor de 3 a 4 millones de años. Esta es una cifra más precisa que las estimaciones anteriores, lo que situó la vida útil de la nebulosa solar en algún lugar entre 1 y 10 millones de años.

El equipo llegó a su conclusión después de analizar cuidadosamente las angritas, que son algunas de las rocas planetarias más antiguas y vírgenes. Angrites son rocas ígneas, muchos de los cuales se cree que hicieron erupción en la superficie de los asteroides muy temprano en la historia del sistema solar y luego se enfriaron rápidamente. congelando sus propiedades originales, incluida su composición y señales paleomagnéticas, en su lugar.

Los científicos ven a las angritas como grabadores excepcionales del sistema solar temprano, particularmente porque las rocas también contienen grandes cantidades de uranio, que pueden utilizar para determinar con precisión su edad.

"Los Angrites son realmente espectaculares, "Dice Weiss." Muchos de ellos se parecen a lo que podría estar en erupción en Hawai, pero se enfriaron en un planetesimal muy temprano ".

Weiss y sus colegas analizaron cuatro angritas que cayeron a la Tierra en diferentes lugares y momentos.

"Uno cayó en Argentina, y fue descubierto cuando un trabajador agrícola estaba labrando su campo, ", Dice Weiss." Parecía un artefacto o cuenco indio, y el terrateniente lo mantuvo junto a esta casa durante unos 20 años, hasta que finalmente decidió analizarlo, y resultó ser un meteorito realmente raro ".

Los otros tres meteoritos fueron descubiertos en Brasil, Antártida, y el desierto del Sahara. Los cuatro meteoritos estaban notablemente bien conservados, sin haber sufrido ningún calentamiento adicional o cambios importantes de composición desde que se formaron originalmente.

Medir pequeñas brújulas

El equipo obtuvo muestras de los cuatro meteoritos. Midiendo la proporción de uranio a plomo en cada muestra, estudios previos habían determinado que los tres más antiguos se formaron hace unos 4.653 millones de años. Luego, los investigadores midieron la magnetización remanente de las rocas usando un magnetómetro de precisión en el Laboratorio de Paleomagnetismo del MIT.

"Los electrones son pequeñas agujas de brújula, y si alineas un montón de ellos en una roca, la roca se magnetiza, "Weiss explica." Una vez que estén alineados, que puede suceder cuando una roca se enfría en presencia de un campo magnético, luego se quedan así. Eso es lo que usamos como registros de campos magnéticos antiguos ".

Cuando colocaron las angritas en el magnetómetro, los investigadores observaron muy poca magnetización remanente, lo que indica que había muy poco campo magnético presente cuando se formaron las angritas.

El equipo dio un paso más y trató de reconstruir el campo magnético que habría producido las alineaciones de las rocas. o la falta de ello. Para hacerlo calentaron las muestras, luego los enfrió nuevamente en un campo magnético controlado por laboratorio.

"Podemos seguir reduciendo el campo del laboratorio y podemos reproducir lo que hay en la muestra, "Dice Weiss." Encontramos que solo se permiten campos de laboratorio muy débiles, dado lo poco que queda de magnetización remanente en estos tres ángulos ".

Específicamente, el equipo descubrió que la magnetización remanente de las angritas podría haber sido producida por un campo magnético extremadamente débil de no más de 0,6 microteslas, 4.653 mil millones de años, o, unos 4 millones de años después del inicio del sistema solar.

En 2014, El grupo de Weiss analizó otros meteoritos antiguos que se formaron dentro de los primeros 2 a 3 millones de años del sistema solar, y encontró evidencia de un campo magnético que era aproximadamente 10-100 veces más fuerte, aproximadamente 5-50 microtesla.

"Se predice que una vez que el campo magnético se reduzca en un factor de 10 a 100 en el sistema solar interior, que ahora hemos mostrado, la nebulosa solar desaparece muy rápido, dentro de 100, 000 años, "Dice Weiss." Así que incluso si la nebulosa solar no hubiera desaparecido en 4 millones de años, básicamente estaba a punto de desaparecer ".

Los planetas se alinean

La nueva estimación de los investigadores es mucho más precisa que las estimaciones anteriores, que se basaron en observaciones de estrellas lejanas.

"Y lo que es más, El paleomagnetismo de los angritas limita la vida útil de nuestra propia nebulosa solar, mientras que las observaciones astronómicas obviamente miden otros sistemas solares lejanos, Wang agrega. Dado que la vida de la nebulosa solar afecta críticamente las posiciones finales de Júpiter y Saturno, también afecta la formación posterior de la Tierra, nuestra casa, así como la formación de otros planetas terrestres ".

Ahora que los científicos tienen una mejor idea de cuánto tiempo persistió la nebulosa solar, también pueden precisar cómo se formaron los planetas gigantes como Júpiter y Saturno. Los planetas gigantes están compuestos principalmente de gas y hielo, y hay dos hipótesis predominantes sobre cómo todo este material se unió como un planeta. Uno sugiere que los planetas gigantes se formaron a partir del colapso gravitacional del gas en condensación, como lo hizo el sol. El otro sugiere que surgieron en un proceso de dos etapas llamado acreción del núcleo, en el que trozos de material se rompieron y fusionaron para formar rocas más grandes, Cuerpos helados. Una vez que estos cuerpos fueron lo suficientemente masivos, podrían haber creado una fuerza gravitacional que atrajera grandes cantidades de gas para finalmente formar un planeta gigante.

Según predicciones anteriores, Los planetas gigantes que se forman a través del colapso gravitacional de gas deberían completar su formación general en 100, 000 años. Acreción del núcleo, a diferencia de, normalmente se piensa que lleva mucho más tiempo, del orden de 1 a varios millones de años. Weiss dice que si la nebulosa solar estuvo presente en los primeros 4 millones de años de formación del sistema solar, esto daría soporte al escenario de acreción central, que es generalmente favorecido entre los científicos.

"Los gigantes gaseosos deben haberse formado 4 millones de años después de la formación del sistema solar, "Dice Weiss." Los planetas se movían por todo el lugar, dentro y fuera a grandes distancias, y se cree que todo este movimiento fue impulsado por las fuerzas gravitacionales del gas. Estamos diciendo que todo esto sucedió en los primeros 4 millones de años ".