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Aclarado el origen de Urano y Neptuno

Un equipo de investigadores franco-norteamericano, liderado por el Instituto Utinam de Francia, acaba de proponer una solución a la problemática de la composición química de Urano y Neptuno, proporcionando así pistas para la comprensión de la formación de estos planetas. Lo han hecho con un modelo basado en simulaciones de la distribución y el transporte de los elementos volátiles más abundantes en la nebulosa protosolar que dio origen a todo el Sistema Solar.

Aclarado el origen de Urano y Neptuno

Un equipo de investigadores franco-norteamericano, liderado por el Instituto Utinam de Francia, acaba de proponer una solución a la problemática de la composición química de Urano y Neptuno, proporcionando así pistas para la comprensión de la formación de estos planetas.

Los investigadores se han centrado en la ubicación de estos cuerpos celestes, los más exteriores del Sistema Solar, y proponen un nuevo modelo que explica cómo y dónde se formaron. Sus resultados han sido publicados en The Astrophysical Journal.

Urano y Neptuno tienen cada uno una masa de aproximadamente quince veces la de la Tierra, formada en hasta un 90% de hielo, y con alto contenido de carbono. Debido a estas características, la cuestión de su origen había permanecido hasta ahora sin resolver.

Los modelos anteriores sobre su formación, así como las observaciones del Sistema Solar exterior, no habían logrado explicar cómo pudieron formarse ambos, en la zona donde actualmente se encuentran. ¿Por qué razón?

Pues porque la región donde se hallan ambos planetas, muy alejada del Sol, no habría contenido en el momento de la creación de Urano y Neptuno los elementos básicos suficientes como para generarlos con la suficiente rapidezantes de la disipación de la llamada nebulosa protosolar, que fue la nube de gas o disco de acrecimiento que dio lugar al Sistema Solar. Y, una vez disipada dicha nebulosa, se volvió imposible que estos dos planetas acumulasen los entornos gaseosos que los caracterizan.

Una proporción inesperada

Para tratar de explicar qué sucedió entonces, el Observatorio Espacial Herschel se ha centrado recientemente en la observación de la composición isotópica de Urano y Neptuno y, sobre todo, en la proporción de dos isótopos: el deuterio y el hidrógeno (proporción D/H) en ellos presentes. Esta relación es un marcador utilizado en planetología para examinar el origen de los elementos que forman el Sistema Solar.

La proporción D/H fue muy sensible a la nebulosa protosolar; por lo que resulta baja a distancias próximas al Sol; pero aumenta si las distancias al astro son más elevadas.

Los modelos dinámicos habían indicado que Urano y Neptuno se formaron en la misma región distante que los cometas y, por lo tanto, se esperaba que tuviesen una proporción D/H tan alta como estos otros objetos celestes alejados del Sol.

Sorprendentemente, sin embargo, las mediciones de Herschel mostraba que en ambos planetas dicha proporción D/H es mucho menor que la medida en todos los cometas.

La causa

Con las nuevas mediciones, el presente estudio parece haber resuelto este misterio, pues explica esa diferencia proporcional de los isótopos de deuterio e hidrógeno de Urano y Neptuno, con respecto a la de los cometas, al tiempo que confirma que ambos planetas sí pudieron formarse donde hoy se encuentra.

El nuevo modelo propuesto se basó en simulaciones detalladas de la distribución y el transporte de los elementos volátiles más abundantes en la nebulosa protosolar del sistema solar (H2O, CO y N2).

Las simulaciones muestran que en dicha nebulosa hubo "picos" de densidad de sólidos, en unas regiones en las que la temperatura de la nebulosa fue lo suficientemente baja como para permitir que un elemento gaseoso se condensase (formando "líneas de hielo").

Muestran asimismo que Urano y Neptuno se habrían formado a los niveles de una línea de hielo específica, la del monóxido de carbono (CO), lo que explicaría que estén constituidos por sólidos ricos en carbono, y desprovistos de gas nitrógeno.

La acreción o acumulación de grandes cantidades de CO y bajas cantidades de H2O (procedente de los cometas de la región) explicaría el valor D/H medido en la atmósfera de Urano y Neptuno.

Por otra parte, como la línea de hielo de nitrógeno se habría encontrado un poco más lejos (que la de CO), ambos planetas se habrían formado, de manera natural, con poco nitrógeno.

La abundancia de carbono y la escasez de nitrógeno propuestas por este modelo resulta consistente con los valores observados en la realidad, por lo que, gracias al presente trabajo, se puede establecer que la formación de Urano y de Neptuno efectivamente se produjo en la región más distante de nuestro Sistema Solar.

Referencia bibliográfica:

Mohamad Ali-Dib, Olivier Mousis, Jean-Marc Petit, Jonathan I. Lunine. The Measured Compositions of Uranus and Neptune from their Formation on the CO Ice Line. The Astrophysical Journal (2014). DOI: 10.1088/0004-637X/793/1/9.

RedacciónT21

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