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Rápido y violento: revisando el origen de la Luna

Actualmente, la teoría más aceptada acerca del origen de nuestra Luna es la del gran impacto: esta teoría, propuesta en 1975 por los científicos William Hartmann y Donald Davis, plantea que una proto-Tierra un poco más pequeña que la actual fue impactada por un protoplaneta de un tamaño similar al de Marte llamado Theia. Como resultado de ese impacto, la mayoría del material que formaba a Theia fue absorbido por nuestro joven planeta, mientras que una pequeña parte, alrededor de un 2%, formó un disco de escombros orbitando a su alrededor, y con el tiempo ese material se coaguló, formando la Luna.

Figura 1: Simulación de la colisión entre Theia y la proto-Tierra. La imagen muestra los primeros instantes luego de la colisión, donde el disco de escombros que formará la Luna aún está presente. Créditos: Robin Canup/Southwest Research Institute.

La gran aceptación que tiene esta teoría viene por el hecho de que es capaz de explicar muchas de las observaciones, como el inusualmente alto momento angular del sistema Tierra-Luna, el pequeño núcleo sólido de nuestro satélite y el hecho de que las muestras obtenidas durante las misiones Apolo indican que la capa superficial de la Luna estuvo una vez derretida, consistente con un impacto de estas características. Sin embargo, hay algunos problemas.

Un problema de cantidad

El problema fundamental de esta teoría es la proporción de materiales resultante en cada cuerpo luego del impacto. Las simulaciones muestran que cerca del 70% del material que hoy conforma la Luna proviene originalmente de Theia. Sin embargo, la composición actual de la Luna (medida a través de la proporción de isótopos de oxígeno presentes) es idéntica a la de la Tierra. La forma que tiene la teoría de explicar este fenómeno es que tanto Theia como la proto-Tierra tenían originalmente la misma composición, afirmación que aún posible, resulta poco probable. Se han propuesto varias formas para intentar solucionar este problema, pero todas ellas resultan similarmente poco factibles.

En artículo de hoy, los autores estudian el escenario más típico del impacto entre estos dos cuerpos, pero aumentando fuertemente el número de partículas utilizado para representar a los planetas. Las simulaciones son realizadas utilizando el método de Hidrodinámica de Partículas Suavizadas (SPH por sus siglas en inglés). En este método, los cuerpos están formados por millones (106) de partículas que son analizadas individualmente como puede verse en la Figura 1. En el trabajo aquí analizado, los autores repiten estas simulaciones pero con cientos de millones de partículas (108), permitiendo una resolución mucho mayor, y formando la Luna muy rápidamente, en cuestión de unas cuantas horas, sin necesidad de pasar por la etapa de disco de escombros.

Figura 2: Resultados de la simulación realizada por los autores utilizando cientos de millones de partículas. Las primeras 35 horas luego del impacto están representadas aquí. Puede verse que inmediatamente después del impacto, la jóven luna ya está formada. Link original del video

Pero la resolución no es lo único que mejora al aumentar el número de partículas. Como podemos ver en la Figura 3, los autores analizan la distancia entre la recién formada Luna y la Tierra para simulaciones con distinto número de partículas, encontrando que solo las simulaciones realizadas con un número de partículas mayor a 106.5 es capaz de reproducir las observaciones. Las simulaciones de mayor resolución también son capaces de reproducir otras propiedades de la Luna, como la inclinación de su órbita.

Figura 3: Simulaciones realizadas por los autores con distinto número de partículas, indicado en la esquina superior izquierda de cada panel. Las simulaciones con un número de partículas mayor a 106.5 son capaces de reproducir la distancia observada entre la Luna y la Tierra. Crédito: figura 2 del artículo.

Finalmente, los autores analizan la composición de la recién formada Luna. Si bien los resultados que obtienen son muy similares a los anteriores, donde la Luna sólo contiene entre 30 y 40% del material proveniente de la proto-Tierra. Sin embargo, los autores encuentran que en algunos casos este material no se mezcla completamente, sino que permanece en la superficie de ambos cuerpos. Esto implica que si bien la mayoría del material de la Luna proviene de Theia, las capas superiores, que son de las que las muestras lunares provienen, son formadas por material de la proto-Tierra. Una ventaja adicional de este trabajo es que simulaciones con condiciones iniciales variadas son capaces de producir escenarios como el descrito, por lo que no resulta tan restrictivo. 

En conclusión, este trabajo propone una forma de explicar la similitud entre las composiciones de la Tierra y la Luna que no es tan poco probable como la explicación aceptada hasta ahora. Lo único que se necesitaba era una computadora lo suficientemente potente como para mejorar sustancialmente la resolución. Eso sí, futuras mediciones probablemente aporten nueva información acerca de este tema, por lo que la teoría será puesta a prueba nuevamente, ¡mantengámonos expectantes!

Crédito de la imagen destacada: NASA/JPL Caltech http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1454.html

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