El joven Júpiter fue golpeado de frente por un enorme planeta recién nacido

Los astrónomos de la Universidad Rice y la Universidad Sun Yat-sen de China dicen que su escenario de impacto frontal puede explicar las lecturas gravitacionales previamente desconcertantes de Juno, lo que sugiere que el núcleo de Júpiter es menos denso y más extenso de lo esperado.

"Esto es desconcertante", dijo la astrónoma de Rice y coautora del estudio Andrea Isella. "Sugiere que sucedió algo que agitó el núcleo, y ahí es donde entra en juego el impacto gigante".

Isella dijo que las principales teorías sobre la formación de planetas sugieren que Júpiter comenzó como un planeta denso, rocoso o helado que luego reunió su espesa atmósfera del disco primordial de gas y polvo que dio origen a nuestro sol.

Isella dijo que era escéptico cuando el autor principal del estudio, Shang-Fei Liu, sugirió por primera vez la idea de que los datos podrían explicarse por un impacto gigante que agitó el núcleo de Júpiter, mezclando el contenido denso de su núcleo con capas menos densas arriba. Liu, un ex investigador postdoctoral en el grupo de Isella, ahora es miembro de la facultad de Sun Yat-sen en Zhuhai, China.

"Me pareció muy improbable", recordó Isella, "como una probabilidad de uno en un billón. Pero Shang-Fei me convenció, por cálculo simple, de que esto no era tan improbable".

El equipo de investigación realizó miles de simulaciones por computadora y descubrió que un Júpiter de rápido crecimiento puede haber perturbado las órbitas de los "embriones planetarios" cercanos, protoplanetas que se encontraban en las primeras etapas de la formación del planeta.

Liu dijo que los cálculos incluían estimaciones de la probabilidad de colisiones en diferentes escenarios y distribución de ángulos de impacto. En todos los casos, Liu y sus colegas descubrieron que había al menos un 40% de posibilidades de que Júpiter se tragara un embrión planetario en sus primeros millones de años. Además, Júpiter produjo "un fuerte enfoque gravitacional" en masa que hizo que las colisiones frontales fueran más comunes que las de pastoreo.

Isella dijo que el escenario de colisión se volvió aún más convincente después de que Liu ejecutó modelos de computadora en 3D que mostraban cómo una colisión afectaría el núcleo de Júpiter.

"Debido a que es denso y entra con mucha energía, el impactador sería como una bala que atraviesa la atmósfera y golpea el núcleo de frente", dijo Isella. "Antes del impacto, tienes un núcleo muy denso, rodeado de atmósfera. El impacto frontal extiende las cosas y diluye el núcleo".

Los impactos en un ángulo de pastoreo podrían provocar que el planeta impactante quede atrapado gravitacionalmente y se hunda gradualmente en el núcleo de Júpiter, y Liu dijo que los embriones planetarios más pequeños, casi tan grandes como la Tierra, se desintegrarían en la espesa atmósfera de Júpiter.

"El único escenario que resultó en un perfil de densidad del núcleo similar al que Juno mide hoy es un impacto frontal con un embrión planetario aproximadamente 10 veces más masivo que la Tierra", dijo Liu.

Isella dijo que los cálculos sugieren que incluso si este impacto sucedió hace 4.500 millones de años, "aún podría tomar muchos, miles de millones de años para que el material pesado se vuelva a asentar en un núcleo denso en las circunstancias sugeridas por el periódico".

Isella, quien también es co-investigadora del proyecto CLEVER Planets, con sede en Rice y financiado por la NASA, dijo que las implicaciones del estudio van más allá de nuestro sistema solar.

"Hay observaciones astronómicas de estrellas que podrían explicarse por este tipo de evento", dijo.

"Este todavía es un campo nuevo, por lo que los resultados están lejos de ser sólidos, pero como algunas personas han estado buscando planetas alrededor de estrellas distantes, a veces ven emisiones infrarrojas que desaparecen después de unos años", dijo Isella. "Una idea es que si estás mirando una estrella cuando dos planetas rocosos chocan de frente y se rompen, podrías crear una nube de polvo que absorbe la luz estelar y la reemite. Entonces, en cierto sentido, ves un destello que ahora tienes esta nube de polvo que emite luz. Y luego, después de un tiempo, el polvo se disipa y esa emisión desaparece ".

La misión Juno fue diseñada para ayudar a los científicos a comprender mejor el origen y la evolución de Júpiter. La nave espacial, que se lanzó en 2011, lleva instrumentos para mapear los campos gravitacionales y magnéticos de Júpiter y explorar la estructura interna profunda del planeta.

Otros coautores del estudio incluyen a Yasunori Hori del Centro de Astrobiología de Japón, Simon Müller y Ravit Helled de la Universidad de Zurich, Xiaochen Zheng de la Universidad de Tsinghua en Beijing y Doug Lin de la Universidad de California, Santa Cruz y Tsinghua. Universidad de Beijing.

La investigación fue apoyada por la NASA (80NSSC18K0828), la National Science Foundation (AST-1715719) y la Swiss National Science Foundation (200021_169054).