Un nuevo estudio de Caltech muestra que los impactos gigantes pueden reducir drásticamente la presión interna de los planetas, un hallazgo que podría cambiar significativamente el modelo actual de formación planetaria.

Los impactos, como el que se cree que causó la formación de la luna de la Tierra hace aproximadamente 4.500 millones de años, podría causar fluctuaciones aleatorias en las presiones del núcleo y del manto que explicarían algunas firmas geoquímicas desconcertantes en el manto de la Tierra.

"Estudios anteriores han asumido incorrectamente que la presión interna de un planeta es simplemente una función de la masa del planeta, y así aumenta continuamente a medida que crece el planeta. Lo que hemos demostrado es que la presión puede cambiar temporalmente después de un impacto importante, seguido de un aumento a más largo plazo de la presión a medida que el cuerpo se recupera después del impacto. Este hallazgo tiene importantes implicaciones para la estructura química del planeta y su posterior evolución. "dice Simon Lock, investigador postdoctoral en Caltech y autor principal de un artículo que explica el nuevo modelo que fue publicado por Avances de la ciencia el 4 de septiembre.

Lock fue el autor del artículo con su colega Sarah Stewart (Ph.D. '02), profesor de ciencia planetaria en la Universidad de California, Davis, becario MacArthur 2018, y ex alumna de la División de Ciencias Geológicas y Planetarias de Caltech.

Los sistemas planetarios suelen comenzar como un disco de polvo que se acumula lentamente en cuerpos rocosos. El final de la etapa principal de este proceso se caracteriza por colisiones de alta energía entre cuerpos del tamaño de un planeta a medida que se fusionan para formar los planetas finales.

La energía de choque de estos impactos puede vaporizar porciones significativas de un planeta e incluso, como se cree que sucedió con el impacto que formó la luna, convertir temporalmente los dos cuerpos en colisión en una dona giratoria de material planetario conocida como "sinestia, "que luego se enfría de nuevo en uno o más cuerpos esféricos.

Lock y Stewart utilizaron modelos computacionales de impactos gigantes y estructuras planetarias para simular colisiones que formaron cuerpos con masas de entre 0,9 y 1,1 masas terrestres y encontraron que, inmediatamente después de una colisión, sus presiones internas fueron mucho más bajas de lo esperado. Descubrieron que la disminución de la presión se debía a una combinación de factores:la rápida rotación impartida por la colisión, que generó una fuerza centrífuga que actuó contra la gravedad, en esencia, empujar el material lejos del eje de giro; y la baja densidad del calor, cuerpo parcialmente vaporizado.

"No tenemos observaciones directas del crecimiento de planetas similares a la Tierra. Resulta que las propiedades físicas de un planeta pueden variar enormemente durante su crecimiento por colisiones. Nuestra nueva visión de la formación de planetas es mucho más variable y enérgica que los modelos anteriores que abre la puerta a nuevas explicaciones de datos anteriores, "Dice Stewart.

El resultado final es que los impactos importantes pueden reducir significativamente la presión interna de un planeta. La presión inmediatamente después de un impacto como el que se cree que formó la luna podría haber sido la mitad de la de la Tierra actual.

Si es verdad, el hallazgo podría ayudar a reconciliar una contradicción de larga data entre la geoquímica del manto terrestre y los modelos físicos de formación de planetas.

A medida que crecía la proto-Tierra, cada objeto que chocaba con él arrojaba metal al manto. Después de cada impacto, el metal absorbió pequeñas cantidades de otros elementos del manto, y luego se hundió hasta el núcleo, arrastrando esos elementos con él. Se determinó la cantidad de cada elemento que se disolvió en el metal, en parte, por las presiones internas de la tierra. Como tal, la composición química del manto registra hoy la presión del manto durante la formación del planeta.

Los estudios de los metales en el manto de la tierra hoy indican que este proceso de absorción ocurrió a presiones que se encuentran hoy en el medio del manto. Sin embargo, Los modelos de impacto gigante muestran que tales impactos derriten la mayor parte del manto, por lo que el manto debería haber registrado una presión mucho más alta, equivalente a lo que ahora vemos justo encima del núcleo. Esta anomalía entre la observación geoquímica y los modelos físicos es una que los científicos han tratado de explicar durante mucho tiempo.

Al mostrar que las presiones después de los impactos gigantes fueron más bajas de lo que se pensaba anteriormente, Lock y Stewart pueden haber encontrado el mecanismo físico para resolver este enigma.

Próximo, Lock y Stewart planean usar sus resultados para calcular cómo los cambios estocásticos de presión durante la formación afectan la estructura química de los planetas. Lock dice que también continuarán estudiando cómo los planetas se recuperan del trauma de los impactos gigantes "Hemos demostrado que las presiones en los planetas pueden aumentar dramáticamente a medida que un planeta se recupera, pero, ¿qué efecto tiene eso sobre cómo se solidifica el manto o cómo se formó la primera corteza terrestre? Esta es un área completamente nueva que aún no se ha explorado, " él dice.

El artículo se titula "Los impactos gigantes cambian estocásticamente las presiones internas de los planetas terrestres".