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La luna y su gran impacto

  • Nombre del artículo: Immediate Origin of the Moon as a post-impact Satellite

  • Autores: J.A. Kegerreis, S. Ruiz-Bonilla, V. R. Eke, R. J. Massey, T. D. Sandnes, L. F. A. Teodoro

  • Institución del primer autor: Departamento de Fïsica , Instituto de Cosmología Computacional, Universidad de Durham, Durham, DH1 3LE, UK
  • Estado de la publicación: disponible en Astrophysical Journal letters [open access], disponible en arXiv
  • Astrobite original: The Moon and its Giant Impact por Roel Lefever

Crédito de la imagen destacada: Le Voyage dans la Lune (Un viaje a la luna), 1902

No se preocupen, la Luna no se va a estrellar contra la Tierra en el futuro (de hecho, es todo lo contrario). Y también, ningún objeto gigante se va a estrellar contra la Luna (hay personas que están al pendiente de esto). De hecho, el nombre Gran Impacto se refiere a la colisión que provocó la formación de la Luna alrededor de 4.5 billones de años atrás. El primer encuentro de la Tierra y la Luna ocurrió cuando la Tierra quedó devastada (literalmente) por otro planeta llamado Theia, el cual ya no existe (bueno, tal vez). La idea común es que la colisión con Theia soltó mucho material que comenzó a orbitar a la joven Tierra, formando un anillo (solamente temporalmente). El material del anillo empezó a chocar y estas interacciones llegaron a formar cuerpos aún mas grandes que eventualmente culminó en la formación de la Luna. Aparte de otras teorías de la formación de la Luna, la idea que la Luna fue formada gracias a pedazos de material que chocaron entre sí después de la interacción de la Tierra con Theia está siendo debatida.

¿Debatida? ¿Cómo puede ser debatida?

Bueno, a pesar que la idea del anillo causado por Theia explica varias partes de la formación de la luna, hay dos puntos que no puede explicar del todo:

  • Composición: La composición del manto de la Luna y la Tierra es muy similar. Con la idea del anillo, la Luna estaría principalmente compuesta por material similar a Theia.

Para poder resolver esto, una colisión muy improbable entre la Tierra y Theia debió de haber ocurrido para llegar a la composición y momento angular que vemos hoy en día. Si la Luna se formo gracias a un anillo de material de Theia, entonces los parámetros de la colisión y la composición de Theia tienen que ser muy precisos para llegar al resultado que tenemos hoy. Esto es muy improbable, así que los autores del artículo de hoy trataron de buscar otras teorías más probables.

Los autores propusieron un escenario donde la Luna se formó inmediatamente después del impacto con Theia en vez de que sea formada por un anillo de material gradualmente. Aunque esta idea se pensaba que era muy improbable, este artículo propone lo contrario.

Prácticas de tiros para une astrónome

¡Aquí es donde comienza la diversión! Como no podemos hacer experimentos en tiempo real (puede ser muy dañino para la vida en la Tierra), hay que utilizar simulaciones computacionales donde un objeto del tamaño de Theia – el impactador- choca con otro objeto del tamaño de la Tierra – el objetivo. Estas simulaciones se les conoce como “Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH)” por su nombre en inglés. En este estudio, alrededor de 100 millones de partículas fueron simuladas. El tamaño de cada “partícula” es de alrededor de 14 km, el cual es más grande que el asteroide que causó la extinción de los dinosaurios. Esta partícula es bastante pequeña para estas simulaciones en realidad, considerando que necesitas millones de ellas para poder llegar a un objeto del tamaño de la Luna y que estas simulaciones son 100 veces más precisas que cualquiera de las anteriores. Varios parámetros iniciales son probados con diferentes maneras para poder chocar el impactador con el objetivo. Los ángulos de colisión (con 0° siendo directamente al objetivo) también son probados, llegan a variar el tamaño del impactador y la velocidad del choque e inclusive prueban diferentes rotaciones para los dos objetos.

Los autores corrieron alrededor de 400 simulaciones y llegaron a la conclusión que un ángulo de 45° al impacto daba las mejores condiciones para poder formar la Luna. Un ejemplo de la línea del tiempo para esta simulación es mostrada en la Figura 1 (hagan click a estos links para poder ver la animación en 2D y 3D). Aquí, el impactador se convierte en astillas al chocar contra el objetivo. Esto provoca que material sea expulsado por esta interacción y comienza a orbitar alrededor estos objetos. Aquí es donde esta simulación difiere de las anteriores: las simulaciones anteriores encontraron que la mayoría del material cae una vez mas, se estrella y forma un anillo alrededor del objetivo. En estas simulaciones, parte del material se queda en esta órbita, formando un gran satélite.

Figura 1: una simulación del impacto de Theia con la Tierra en un ángulo de 45°. Los colores amarillos y cafés resaltan el manto de Theia y el material de su centro. Los colores naranjas y grises hacen lo mismo pero para la Tierra. El material en verde va a volverse a caer hacia la Tierra, y el material en morado se va a convertir en un nuevo satélite. Esta es la Figura 1 en el artículo.

La ventaja de estas nuevas simulaciones es que la composición de la capa superior del satélite (la Luna) es más cercano a la composición del objetivo (la Tierra), lo cual es consistente con lo que vemos hoy en día. Además, el momento angular de la simulación es comparable con los valores actuales.

Ahora, técnicamente estas simulaciones no son tan diferentes que las versiones anteriores. Entonces, por qué llegaron a una conclusión tan diferente? Los autores culpan a la resolución de la simulación, es decir, previamente puede ser que el tamaño de las partículas era demasiado grande o, quizas no utilizaron suficientes partículas. Al comparar esta simulación al mismo tiempo durante la colisión, pero con diferente número de partículas (vean la Figura 2) se puede ver que la cantidad de partículas sí importa. Un satélite grande no se puede formar con un pequeño número de partículas.

Figura 2: Esta figura varía la cantidad de partículas (que se muestra arriba a la izquierda de cada imagen) al mismo tiempo que la simulación de la Figura 1. Hay 3 cuerpos distintos formándose a resoluciones más altas, mientras que esto no llega a suceder en aquellas simulaciones con menos resolución. Esta es la Figura 2 del artículo.

Se sabe que la Luna no orbita a la Tierra en un círculo perfecto. En palabras más científicas, nosotros decimos que la órbita de la luna es excéntrica. Este artículo muestra que la formación del satélite con este tipo de órbita es posible cuando el momento angular de cada objeto no se encuentran alineados, es decir, cuando el eje de rotación de los objetos se encuentran angulados con respecto al otro de la manera correcta.

Adicionalmente, algunas simulaciones resultaron en satélites con órbitas muy elípticas, tanto que el punto más cercano de la elipses cae dentro del radio Roche. Dentro de este radio, el satélite comienza a ser destruido por el planeta dado a que la gravedad del planeta es más fuerte que el del satélite. Los satélites de estas simulaciones puede pasar por el radio Roche, pero no son necesariamente destruidos. En vez de esto, parte de su material es despojado por el planeta. Gracias a esto, la órbita del satélite se expande para poder conservar momento angular, lo cual provoca que su órbita se encuentre fuera del radio Roche y así sobrevivirá el satélite.

Los autores muestran que sí es posible que un satélite grande se pueda formar directamente, pero también llegan a explicar algunos puntos que la idea que involucra un anillo alrededor de la Tierra no puede resolver.

Nota de traducción: al traducir cualquier texto, las traducciones literales no siempre capturan bien el significado de modismos y frases hechas. En casos como este, como traductores hacemos nuestro mejor esfuerzo para mantener el espíritu del artículo original, y no tanto el significado literal de las palabras. También intentamos proporcionar enlaces a conceptos en el idioma traducido en lugar de en el original, siempre que sea posible. De este modo queremos reconocer la naturaleza de nuestras traducciones como una colaboración entre les autores originales y les traductores.

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