Aunque la Tierra se ha estudiado en detalle durante mucho tiempo, aún quedan algunas preguntas fundamentales por responder.
Uno de ellos se refiere a la formación de nuestro planeta, sobre cuyos inicios los investigadores aún no están claros. Un equipo de investigación internacional dirigido por ETH Zurich y el Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS ahora propone una nueva respuesta a esta pregunta basada en experimentos de laboratorio y simulaciones por computadora. Los investigadores han publicado su estudio en la revista Nature Astronomy .
Una discrepancia inexplicable
«La teoría predominante en astrofísica y cosmoquímica es que la Tierra se formó a partir de asteroides condríticos. Estos son bloques de roca y metal relativamente pequeños y simples que se formaron en una etapa temprana del sistema solar», explica el autor principal del estudio, Paolo Sossi, profesor de Experimental. Planetología en ETH Zurich. «El problema con esta teoría es que ninguna mezcla de estas condritas puede explicar la composición exacta de la Tierra, que es mucho más pobre en elementos livianos y volátiles como el hidrógeno y el helio de lo que hubiéramos esperado».
A lo largo de los años se han propuesto varias hipótesis para explicar esta discrepancia. Por ejemplo, se postuló que las colisiones de los objetos que luego formaron la Tierra generaron enormes cantidades de calor. Esto vaporizó los elementos ligeros, dejando al planeta en su composición actual.
Sin embargo, Sossi está convencido de que estas teorías se vuelven inverosímiles tan pronto como se mide la composición isotópica de los diferentes elementos de la Tierra: «Todos los isótopos de un elemento químico tienen el mismo número de protones, aunque diferente número de neutrones. Los isótopos con menos neutrones son más ligero y, por lo tanto, debería poder escapar más fácilmente. Si la teoría de la vaporización por calentamiento fuera correcta, encontraríamos menos de estos isótopos ligeros en la Tierra hoy que en las condritas originales. Pero eso es precisamente lo que las mediciones de isótopos no muestran. «
Un crisol cósmico
Por lo tanto, el equipo de Sossi buscó otra solución. «Los modelos dinámicos con los que simulamos la formación de planetas muestran que los planetas de nuestro sistema solar se formaron progresivamente. Los pequeños granos crecieron con el tiempo hasta convertirse en planetesimales del tamaño de un kilómetro al acumular más y más material a través de su atracción gravitacional .», explica Sossi. Al igual que las condritas, los planetesimales también son pequeños cuerpos de roca y metal. Pero a diferencia de las condritas, se han calentado lo suficiente como para diferenciarse en un núcleo metálico y un manto rocoso. «Además, los planetesimales que se formaron en diferentes áreas alrededor del sol joven o en diferentes momentos pueden tener composiciones químicas muy diferentes», agrega Sossi. La pregunta ahora es si la combinación aleatoria de diferentes planetesimales realmente da como resultado una composición que coincida con la de la Tierra.
Para averiguarlo, el equipo realizó simulaciones en las que miles de planetesimales chocaron entre sí en el sistema solar primitivo. Los modelos fueron diseñados de tal manera que, con el tiempo, se reprodujeron cuerpos celestes que corresponden a los cuatro planetas rocosos Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Las simulaciones muestran que una mezcla de muchos planetesimales diferentes podría conducir a la composición efectiva de la Tierra. Además, la composición de la Tierra es incluso el resultado estadísticamente más probable de estas simulaciones.
Un plano para otros planetas
«Aunque lo sospechábamos, encontramos este resultado muy notable», recuerda Sossi. “Ahora no solo tenemos un mecanismo que explica mejor la formación de la Tierra, sino que también tenemos una referencia para explicar la formación de los otros planetas rocosos”, dice el investigador. El mecanismo podría usarse, por ejemplo, para predecir cómo difiere la composición de Mercurio de la de los otros planetas rocosos . O cómo podrían estar compuestos los exoplanetas rocosos de otras estrellas.
«Nuestro estudio muestra lo importante que es considerar tanto la dinámica como la química cuando se trata de comprender la formación planetaria», señala Sossi. «Espero que nuestros hallazgos conduzcan a una colaboración más estrecha entre los investigadores en estos dos campos».
Más información: Paolo A. Sossi et al, Acreción estocástica de la Tierra,
Nature Astronomy (2022). DOI: 10.1038/s41550-022-01702-2
