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Un nuevo vistazo al origen de nuestra Luna

Título del artículo técnico: The origin of the Moon within a terrestrial synestia

Autores: S. J. Lock, S. T. Stewart, M. I. Petaev, et al.

Institución del primer autor: Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University

Estado: Aceptado para su publicación en Journal of Geophysical Research, acceso abierto en arXiv

Astrobite original: A Fresh Take on Our Moon’s Origin por Jenny Calahan

 

Es difícil graduarse y que los compañeros de tu genial grupo de trabajo STEM (siglas en inglés de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) se dispersen por todo el país, mientras perseguimos nuestros sueños STEM. Pero es un poco más fácil cuando nuestro grupo chatea de vez en cuando, lo hace con mensajes como éste:

“¿Han visto esta nueva teoría sobre la formación de la luna? …honestamente estoy pasmado”

Nuestra luna es bastante única. Una de las propiedades más notables del sistema Tierra-Luna es que la Luna es enorme comparada con la Tierra. De hecho, la Tierra y la Luna tienen la mayor razón de tamaño planeta/luna en el Sistema Solar. La luna tiene un 30% del radio de la Tierra, mientras que Titán tiene un 7% del radio de Saturno, y Ganimedes un 6% del de Júpiter. Algo especial tuvo que ocurrir para que la Tierra obtuviera un satélite tan grande. Desde hace ya un tiempo, la teoría más popular ha sido la hipótesis del gran impacto. Está basada en la idea de que, mientras el Sistema Solar y los planetas se estaban formando, un cuerpo con una masa similar a la de Marte (hipotéticamente llamado Theia), colisionó con una proto-Tierra. Tras la colisión, los restos de Theia se convirtieron en la Luna. Esta teoría de colisión explica por qué la razón de tamaño planeta/luna mucho más grande en el caso de la Tierra y la luna (y también algunas otras cosas). De todos modos, uno de sus puntos más débiles es el hecho de que la Tierra y la Luna tienen una composición química casi idéntica. Si Theia se formó en cualquier otro lugar del Sistema Solar, la Luna contendría elementos y moléculas muy diferentes a los de la Tierra.

Así que ¿qué otras ideas tenemos?

El artículo de hoy ofrece una visión alternativa de cómo se originó la Luna, y los autores son capaces de explicar los puntos más débiles de la hipótesis del gran impacto. Su teoría también comienza con una colisión, aunque el objeto que colosionó no necesita ser tan masivo como Theia. La colisión no necesita tener una gran energía ni un gran momento angular (básicamente que el colisionador no necesita ser rápido ni posiblemente girar/rotar a gran velocidad). En este artículo, y en el trabajo de apoyo, los modelos muestran que este tipo de impactos ocurrirían mucho más frecuentemente que un impacto gigante. También muestran que una colisión a alta energía y gran momento angular contra la proto-Tierra, puede formar una estructura llamada “synestia”.

 

Figura 1: Una representación artística de una synestia. Se trata de un disco de escombros que teóricamente puede formarse alrededor de un planeta recién nacido tras una colisión. El artículo de hoy sugiere que una synestia se formó alrededor de la Tierra y fue capaz de formar la Luna; la Tierra estaría localizada en el centro  y la luna se muestra como una esfera negra. El momento mostrado en esta figura ocurrió después de que la Luna se había ya formado  dentro de la synestia, y mientras ésta estaba colapsando y evaporándose para continuar formando la Tierra. Esta imagen fue creada por la coautora Sarah Stewart/UC Davis basada en renderizado NASA.

 

Una synestia es una estructura teórica que se forma alrededor de un planeta tras una colisión importante mientras el planeta aun se está formando (ver Figura 1). La synestia está formada por material rocoso vaporizado tanto de la proto-Tierra como del objeto colisionador. La física y la química permite que estos compuestos químicos se mezclen, y mientras tanto la estructura se enfría por la radiación que es emitida. Las regiones exteriores tienen una presión menor que el interior de la Synestia, donde se encuentra la Tierra, por lo que hay material que cae hacia el centro donde se ha formado un disco. El material muy cercano a la Tierra (dentro del límite de Roche) se evapora, mientras que el material más lejano empieza a condensarse en cuerpos más pequeños llamados “lunetas¹” (¡muy tiernas!). Muchas lunetas individuales se forman de manera relativamente rápida e independiente, pero para poder formar nuestra luna, deben combinarse todas. Una vez que se forma una luneta, puede moverse independientemente del gas en el que nació, pero continúa interactuando y recogiendo moléculas conforma vaga a través de la synestia. En este etapa la luneta no es realmente una roca sólida, sino que en su lugar se una “luneta líquida”. Este mecanismo permite que las lunetas más grandes atraigan gravitacionalmente lunetas más pequeñas y que se puedan pegar para formar una luneta mayor. Las lunetas continúan combinándose hasta que tenemos un objeto lo suficientemente grande como para ser nuestra Luna. A través del proceso, la synestia ha continuado enfriándose y evaporándose, y para el momento en que se forme nuestra Luna, el radio de la synestia será menor que la distancia de la Tierra a la Luna (ver figura 2 C). El proceso de principio a fin se ilustra en la Figura 2.

Figura 2: Proceso de evaporación de la synestia, paso a paso. Empezamos arriba, justo después de la colisión con la proto-Tierra. El colisionador y materiales terrestres son vaporizados y forman esta estructura similar a un disco. Las lunetas (los puntos más pequeños) se forman e interactúan con el gas y las sustancias químicas a su alrededor, recogiendo material similar al que es ganado por la Tierra en el centro (gris). Las lunetas se combinan para formar la Luna como la conocemos hoy, que se separa de la synestia conforme ésta continúa disipándose y cayendo hacia la Tierra. Figura 8 del artículo.

Theia, vete de aquí, tenemos un nuevo comisario en el pueblo (¿¿??)

Este artículo hace un trabajo para resaltar los puntos más fuertes de la teoría de la synestia. Una buena parte del artículo trata sobre cómo los compuestos químicos que vemos (que no pueden ser explicados por la teoría del gran impacto) son obtenidos por la Luna en esta estructura especial. El tiempo que toma para que la synestia se disipe hasta la distancia entre la Tierra y la Luna es suficiente para que se combinen las lunetas necesarias para formar la Luna. Y si la synestia fue causada por una colisión que ocurrió con un ángulo grande comparado con el plano del Sistema Solar, entonces esta teoría puede también explicar la inclinación de la Luna. La teoría ha ganado mucho impulso desde la publicación de este artículo, pero aún no ha logrado desbancar a la teoría del gran impacto en la ciencia popular. Hay también opciones intermedias (mira este astrobite) donde en lugar de un impacto, hubo muchos, más pequeños. Más modelado químico y un conocimiento más refinado de la composición de la Luna nos ayudarán a determinar la mejor explicación posible de cómo nuestra Luna llegó a exisitir, porque no hemos resuelto todo esto todavía. Pero mientras tanto, continúa manteniendo a tus astro amigos actualizados sobre las nuevas teorías de la Luna que van saliendo.

¹ N. del T.: Al parecer no existe una traducción directa al español de la palabra “moonlet”, que significa algo similar a “luna pequeña”, por lo que aquí usamos el término “luneta”. Se debe tener en cuenta que no se trata de un término técnico ni oficial.

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