Esta imagen de Ceres se aproxima a cómo se verían a simple vista los colores del planeta enano. Crédito:NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Cuando el astrónomo siciliano Giuseppe Piazzi vio a Ceres en 1801, pensó que era un planeta. Los astrónomos no sabían acerca de los asteroides en ese momento. Ahora sabemos que hay una enorme cantidad de ellos, que residen principalmente en el cinturón principal de asteroides entre Marte y Júpiter.
Ceres tiene unos 1.000 km de diámetro y representa un tercio de la masa del cinturón principal de asteroides. Eclipsa a la mayoría de los otros cuerpos en el cinturón. Ahora sabemos que es un planeta, aunque uno enano, a pesar de que sus vecinos son en su mayoría asteroides.
Pero, ¿qué hace un planeta enano en el cinturón de asteroides?
Un nuevo artículo de investigación proporciona la respuesta:Ceres no se formó en el cinturón de asteroides. Se formó más lejos en el sistema solar y luego emigró a su posición actual. Este no es el primer estudio en llegar a esa conclusión, pero agrega peso a la idea.
El artículo es "Dynamical Origin of the Dwarf Planet Ceres" y está publicado en la revista Icarus. . El autor principal es Rafael Ribeiro de Sousa, profesor de física en la Universidad Estatal de Sao Paulo en Brasil. Otros coautores provienen de la misma universidad y de Francia y EE. UU.
(Nota:Ceres se llama planeta enano, protoplaneta y, a veces, asteroide. No tiene sentido obsesionarse con él. Fue clasificado oficialmente como planeta enano en 2006).
Ceres es uno de los tres planetas enanos o protoplanetas del cinturón de asteroides. Los otros dos son Vesta y Pallas. Un cuarto cuerpo grande, Hygiea, tiene 434 km de diámetro y también puede ser un planeta enano. Estos cuatro cuerpos más grandes constituyen la mitad de la masa del cinturón de asteroides.
La mayor parte de lo que sabemos sobre Ceres proviene de la misión Dawn de la NASA. Dawn fue la primera nave espacial en visitar dos cuerpos extraterrestres y la primera en orbitar un planeta enano. Dawn visitó Vesta y Ceres antes de que la nave espacial se quedara sin combustible en octubre de 2018. Ahora está abandonada en una órbita estable alrededor de Ceres.
La terminología y las descripciones de los objetos más grandes del cinturón de asteroides pueden resultar confusas, pero Ceres se distingue de los otros tres. Ceres es el único cuerpo en el cinturón lo suficientemente masivo como para mantener una forma esferoide. Ceres también tiene una atmósfera transitoria llamada exosfera. La luz del sol sublima el hielo de agua y el hielo de amoníaco en vapor, pero la gravedad del planeta enano es demasiado débil para retenerlo. Esta es una pista importante sobre los orígenes de Ceres porque los asteroides no suelen emitir vapor.
Estos son los cuatro objetos más grandes del cinturón de asteroides. Ceres es el único lo suficientemente masivo como para que la gravedad propia lo colapse en forma de esferoide. Crédito:ESO/M. Kornmesser/Vernazza et al./algoritmo MISTRAL (ONERA/CNRS)
La presencia de amoníaco también es una pista.
Los cometas contienen hielos volátiles como el amoníaco que se sublima cuando el sol los calienta. Eso es lo que crea la cola y la coma del cometa. Pero los cometas provienen de las frías regiones exteriores del sistema solar donde habrían acumulado los hielos volátiles. Dado que Ceres tiene volátiles congelados como un cometa, sugiere que también se originó en las regiones más frías del sistema solar.
"La presencia de hielo de amoníaco es una fuerte evidencia observacional de que Ceres pudo haberse formado en la región más fría del sistema solar más allá de la Línea de Hielo, a temperaturas lo suficientemente bajas como para provocar la condensación y fusión del agua y sustancias volátiles como el monóxido de carbono [CO] , dióxido de carbono [CO2 ] y amoníaco [NH3]", dijo Ribeiro de Sousa en un comunicado de prensa.
El límite entre el sistema solar exterior más frío y el sistema solar interior más cálido se llama Línea Frost. Hay líneas de escarcha específicas para diferentes volátiles que se congelan a diferentes temperaturas, pero los astrofísicos hablan de una sola línea de escarcha por simplicidad. La línea de congelación está ahora cerca de la órbita de Júpiter, pero no siempre ha estado allí. Se movió a medida que el sistema solar evolucionó. La nebulosa solar era opaca en los primeros días y el calor del sol no llegaba tan lejos. El sol también tenía menos energía entonces, por lo que la línea de congelación estaba más cerca del sol.
Los compuestos como el amoníaco se condensan más allá de la línea de congelación del Sistema Solar. Dado que Ceres contiene amoníaco, probablemente se formó más allá de la línea de congelación. Crédito:NASA/JPL-Caltech, InvaderXan de http://supernovacondensate.net/.
El crecimiento de los planetas gigantes también afectó la posición de la línea de congelación. "La intensa perturbación gravitatoria producida por el crecimiento de estos planetas puede haber cambiado la densidad, la presión y la temperatura del disco protoplanetario, desplazando la Línea de Hielo. Esta perturbación en el disco de gas protoplanetario puede haber llevado a los planetas en expansión a migrar a órbitas más cercanas a el sol a medida que adquirían gas y sólidos", dijo el coautor Ernesto Vieira Neto.
"En nuestro artículo, proponemos un escenario para explicar por qué Ceres es tan diferente de los asteroides vecinos. En este escenario, Ceres comenzó a formarse en una órbita mucho más allá de Saturno, donde abundaba el amoníaco. Durante la etapa de crecimiento del planeta gigante, fue atraído hacia el cinturón de asteroides como un migrante del sistema solar exterior y sobrevivió durante 4.500 millones de años hasta ahora", dijo Ribeiro de Sousa.
El equipo ejecutó una gran cantidad de simulaciones por computadora para probar la idea. Simularon la formación de planetas gigantes dentro del disco protoplanetario del sol, incluidos Júpiter y Saturno. También incluyeron algunos planetas embrionarios que sirvieron como precursores de Urano y Neptuno. Luego agregaron un grupo de objetos con composiciones y tamaños similares a Ceres. Su inclusión se basa en la suposición de que Ceres es uno de los primeros planetesimales del sistema solar, objetos en camino de convertirse en planetas de pleno derecho.
"Nuestras simulaciones mostraron que la etapa de formación de los planetas gigantes fue muy turbulenta, con enormes colisiones entre los precursores de Urano y Neptuno, la expulsión de planetas del sistema solar e incluso la invasión de la región interior por planetas con masas superiores a tres veces la de la Tierra. Además, la fuerte perturbación gravitatoria dispersó objetos similares a Ceres por todas partes. Algunos bien podrían haber llegado a la región del cinturón de asteroides y adquirido órbitas estables capaces de sobrevivir a otros eventos", dijo Ribeiro de Sousa.
Esta figura del estudio muestra los cuatro pasos necesarios para implantar un objeto como Ceres en el cinturón de asteroides. Crédito:de Sousa et al.
Los investigadores dicen que hay cuatro pasos involucrados en la implantación de un objeto similar a Ceres en el cinturón de asteroides. La primera es una fase de mezcla radial rápida en la posición de los planetesimales en el disco planetesimal exterior. El segundo es cuando el candidato a Ceres es capturado en resonancia de movimiento medio con planetas gigantes. El tercer paso es una fase caótica, donde el objeto similar a Ceres puede encontrar otros "invasores" que pueden aumentar o disminuir su excentricidad y dispersar el objeto en regiones más estables en el cinturón interior de asteroides. La fase caótica también incluye arrastre de gas y fricción dinámica gaseosa que puede cambiar la excentricidad e inclinación del candidato a Ceres e implantarlo en su posición actual. La cuarta fase es donde se elimina el gas del disco protoplanetario, se eliminan los invasores, se elimina Ceres de la resonancia de movimiento medio y la implantación se vuelve estable.
Las simulaciones del equipo también mostraron que Ceres es solo uno de los muchos objetos como este que existieron en los primeros días del sistema solar. "Nuestro principal hallazgo fue que en el pasado hubo al menos 3.600 objetos similares a Ceres más allá de la órbita de Saturno. Con esta cantidad de objetos, nuestro modelo mostró que uno de ellos podría haber sido transportado y capturado en el cinturón de asteroides, en una órbita muy similar a la órbita actual de Ceres", dijo Ribeiro de Sousa.
Estos no son los primeros investigadores en llegar a un número como 3.600 objetos similares a Ceres. Otros han estudiado los cráteres y la cantidad de objetos más allá de Saturno y en el Cinturón de Kuiper para obtener sus resultados. Este estudio confirma resultados anteriores y respalda nuestra comprensión de cómo se formó y evolucionó el sistema solar. "Nuestro escenario nos permitió confirmar el número y explicar las propiedades orbitales y químicas de Ceres. El estudio reafirma la precisión de los modelos más recientes de formación del sistema solar", dijo. Dawn completa la misión principal
