Una nueva simulación generada por un superordenador ha conseguido, mediante el tratamiento e interpretación de las numerosas interacciones de miles de granos de polvo, mostrar cómo se vería el sistema solar a ojos de astrónomos alienígenas que, al igual que nosotros, buscaran planetas lejos de su “barrio” espacial. Los modelos también dan una idea de cómo este punto de vista podría haber cambiado a lo largo del tiempo, ya que nuestro sistema planetario ha ido madurando.
“Los planetas pueden ser demasiado débiles para detectarse directamente, pero posibles alienígenas que estudiaran nuestro sistema solar podría detectar con facilidad la presencia de Neptuno; su gravedad deja una pequeña marca en el polvo”, dijo Marc Kuchner, astrofísico de la NASA en el Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, que dirigió el estudio.“Esperamos que nuestros modelos nos ayuden a detectar mundos del tamaño de Neptuno alrededor de otras estrellas.”
El polvo se origina en el Cinturón de Kuiper, una fría zona de almacenamiento más allá de Neptuno, donde millones de cuerpos helados, incluyendo Plutón, orbitan el Sol. Los científicos creen que la región es una versión más vieja y con menos materia de los discos de escombros que han visto alrededor de estrellas como Vega y Fomalhaut.
“Estas nuevas simulaciones también nos permiten ver cómo era el polvo del Cinturón de Kuiper cuando el sistema solar era mucho más joven”, dijo Christopher Stark, quien trabajó con la en el centro de la NASA Goddard Kuchner y actualmente en la Institución Carnegie para la Ciencia en Washington, DC . “Podemos volver atrás en el tiempo y ver cómo la imagen del sistema solar desde la distancia puede haber cambiado a lo largo del tiempo.”
Los objetos del Cinturón de Kuiper en ocasiones chocan entre sí, y esta implacable lucha produce un aluvión de granos de hielo. Pero el seguimiento de cómo el polvo viaja a través del sistema solar no es fácil porque las partículas pequeñas están sujetas a una gran variedad de fuerzas, además de la atracción gravitatoria del Sol y los planetas.
Los granos se ven afectados por el viento solar, que trabaja para llevar el polvo más cerca del sol, y la luz solar, que puede tirar o empujar el polvo hacia afuera. Lo que suceda depende del tamaño del grano.
Las partículas también chocan entre sí, y estas colisiones pueden destruir los granos frágiles. Un estudio sobre los nuevos modelos, que son los primeros en incluir las colisiones entre granos, apareció en la edición 07 de septiembre de The Astronomical Journal.
“Hasta ahora dábamos por hecho que cálculos que incluyeran colisiónes no se podía llevar a cabo, porque hay demasiados de estos pequeños granos y es fácil perderlos de vista”, dijo Kuchner. “Encontramos una manera de hacerlo, y esto ha abierto un panorama totalmente nuevo”.
Con la ayuda de supercomputadoras de la NASA, los investigadores pudieron utilizar en su simulación más de 75.000 partículas de polvo interactuando con los planetas exteriores, la luz del sol o el viento solar.
El tamaño de las partículas de polvo en el modelo osciló entre el ancho del ojo de una aguja (1,2 milímetros) hasta más de mil veces un tamaño más pequeño, similar a las partículas de humo. Durante la simulación, los granos fueron colocados en uno de los tres tipos de órbitas en el Cinturón de Kuiper encontrado y, en un modelo basado en las ideas actuales de la rapidez con que el polvo que se produce.
De los datos obtenidos, los investigadores crearon una imagen virtual que representa nuestro sistema solar bajo luz infrarroja visto desde lejos.
A través de efectos gravitacionales llamado resonancias, Neptuno disputa partículas en órbitas cercanas. Esto es lo que crea la zona libre cerca del planeta.
“Una cosa que hemos aprendido es que, incluso en el sistema solar hoy en día, las colisiones juegan un papel importante en la estructura del Cinturón de Kuiper”, explicó Stark. Esto se debe a que las colisiones tienden a destruir las partículas grandes antes de que puedan derivar muy lejos de donde se crearon. Esto se traduce en un anillo de polvo relativamente denso que se extiende más allá de la órbita de Neptuno.
Para tener una idea diferentes versiones del Cinturón que hayan podido existir a lo largo del tiempo, más joven, más pesado etc, el equipo aceleró la tasa de producción de polvo. En el pasado, el Cinturón de Kuiper contuvo muchos otros objetos que chocaban entre sí con mayor frecuencia, con lo que la generación de polvo se desarrollaba a un ritmo más rápido. Con más partículas de polvo de grano había colisiones más frecuentes.
Para el uso de modelos independientes que trabajaran con tasas de colisiones más elevadas, el equipo produjo simulaciones que corresponden aproximadamente a una generación de polvo de entre 10, 100 y 1.000 veces más intensa que en el modelo original. Los científicos estiman que el aumento de polvo refleja las condiciones cuando el Cinturón de Kuiper tenía una edad de 7oo, 100 y 15 millones de años.
“Estábamos asombrados por lo que veíamos”, dijo Kuchner.
Como las colisiones eran cada vez más importantes, la probabilidad de que los granos de polvo grandes sobrevivirán a la deriva fuera del Cinturón de Kuiper descendió de forma abrupta. Con esta imagen del pasado del Cinturón de Kuiper, el amplio disco de polvo se muestra denso y brillante y es más parecido a los anillos vistos en la actualidad alrededor de otras estrellas, especialmente Fomalhaut.
“Lo asombroso es que ya hemos visto estos anillos estrechos alrededor de otras estrellas”, dijo Stark. “Uno de nuestros próximos pasos será simular discos de escombros alrededor de Fomalhaut y otras estrellas para ver lo que la distribución de polvo nos dice sobre la presencia de planetas.”
Los investigadores también planean desarrollar una imagen más completa del disco de polvo del sistema solar, modelando fuentes más cercanas al lugar del sol, incluyendo el cinturón principal de asteroides y los miles de asteroides llamados Troyanos, acorralados por la gravedad de Júpiter.
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