La investigación, publicada en el _Astrophysical Journal_, proporciona la primera mirada detallada a cómo podrían haber llegado a existir estos mundos distantes y llenos de océanos.
"Estudios teóricos anteriores han sugerido cómo estos satélites podrían haberse formado a partir del disco protoplanetario original, pero no habíamos hecho los cálculos detallados necesarios para ver si este mecanismo de formación realmente funcionaría", dijo la coautora del estudio Alexandra Craddock, investigadora postdoctoral. en el Departamento de Ciencias Planetarias, Ambientales y de la Tierra de Brown. "Aquí mostramos cómo el proceso podría haber funcionado en 3D".
Para sus cálculos, los investigadores utilizaron un sofisticado código informático llamado AREPO que se había utilizado anteriormente para simular la formación de discos y la migración de planetas en el sistema solar interior. Comenzaron simulando un disco relativamente delgado de material alrededor de un Sol joven que se extendía hasta donde eventualmente se formaría Júpiter.
Dentro de este disco, sembraron pequeños "embriones" rocosos que eventualmente se convertirían en planetas. También sembraron el disco con partículas de polvo muy pequeñas que gradualmente crecerían hasta convertirse en cuerpos helados más grandes mediante colisiones y adherencias.
Con el tiempo, las interacciones entre los planetas en crecimiento y el disco, así como entre los propios planetas, provocaron que Júpiter y su núcleo rocoso migraran hacia adentro.
"A medida que Júpiter migró hacia adentro, perturbó el material del disco que estaba más allá de él", dijo el autor principal del estudio, Anders Johansen, profesor del Departamento de Ciencias Planetarias, Ambientales y de la Tierra de Brown. "Básicamente, Júpiter abrió un agujero en el disco".
A ambos lados de este camino despejado, los investigadores observaron que las partículas de polvo helado chocaban y comenzaban a "sentir" la gravedad de las demás, lo que provocaba colisiones más grandes y un rápido crecimiento.
"En estas regiones la acumulación de material helado se produjo muy rápidamente", afirmó Johansen. "En sólo unas pocas decenas de miles de años se podrían formar lunas del tamaño de Europa o Calisto".
El equipo se sorprendió al ver lo rápido que crecían las lunas heladas.
"No esperábamos que los satélites se formaran tan rápidamente, especialmente en las partes más exteriores del disco, donde las escalas de tiempo orbitales son largas", dijo Johansen. "Esto es probablemente lo que también sucedió en los discos protoplanetarios alrededor de otras estrellas, y podría explicar por qué ahora encontramos comúnmente grandes lunas heladas orbitando planetas gigantes".
Aún hay mucho que los científicos no saben sobre la formación de satélites en nuestro propio sistema solar y en otros sistemas solares, señaló Johansen, y todavía no hay forma de observar directamente estos procesos.
"Pero con modelos como este, podemos simular las condiciones que probablemente existieron en el sistema solar primitivo y comenzar a comprender cómo surgieron los planetas y lunas que lo llenan", dijo.
