Y así es como se crea un sistema solar

Durante la 235ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Honolulu se confirmó que TOI 700, una pequeña y fría estrella enana en la constelación Dorado. Si este sistema solar es interesante es porque TOI 700d es un exoplaneta que se parece mucho a la Tierra, relativamente hablando, aunque tiene dos estrellas. Pero, ¿cómo se forman los sistemas solares?

Cómo se formaron las nubes de hidrógeno

Hace 13,1 mil millones de años, cuando el universo empezó a expandirse, la materia no existía. No existían los átomos, ni los electrones, ni siquiera los quarks. Pero una serie de estados vibracionales de alta energía oscilaba en este nuevo espacio en expansión.

Pasado un cierto tiempo notablemente corto (menos de 10-12 segundos) hicieron su aparición los primeros quarks, electrones y neutrinos, que surgían de la radiación al enfriarse rápidamente el universo. A partir de este punto, todo se ralentiza bastante.

Se sospecha que los primeros protones (iones de hidrógeno) tardaron unos tres minutos en aparecer. Aún no existía la luz tal y como la conocemos, y se tardó unos 300.000 años en que los electrones quedasen atrapados en los protones, formándose átomos de hidrógeno y posteriormente helio.

Pero luego ocurrió algo muy interesante: diminutas diferencias en el reparto de densidad hicieron que en algunas regiones del espacio hubiese más materia que en otras. Eso provocó que el resto de partículas de alrededor (entiéndase a distancias astronómicas) empezase a caer hacia estos atractores.

atractor de materia en el universo

Se formaban así las primeras estrellas, que dieron lugar a las primeras galaxias. Pero se cree que no había planetas rocosos o lunas, debido a que átomos pesados como el litio o moléculas como el agua todavía no existían. Luego ocurrió algo: las estrellas empezaron a explotar.

Cómo nace un sistema solar complejo

Un sistema solar lo conforman una o varias estrellas y sus respectivos planetas atrapados en el campo gravitatorio que forman. Es una enorme región del espacio de la que el volumen del propio sol es diminuto, casi despreciable.

Cuando las primeras estrellas explotaron en forma de supernovas, dieron lugar a tres estructuras inmensas: las nebulosas, las estrellas de neutrones (púlsares) y los agujeros negros. Aunque los dos últimos son interesantes, las nebulosas las formaron los primeros sistemas solares complejos.

A diferencia de los inicios del universo, donde solo había hidrógeno y algo de helio, las supernovas habían llenado sus nebulosas de elementos pesados tales como el carbono, el nitrógeno, el hierro o el plomo, y estos darían lugar posteriormente a moléculas como el amoníaco o el metano.

La explosión nuclear que había hecho desaparecer la estrella había comprimido tanto la materia que ahora las nubes de partículas eran ricas en elementos pesados. Algunas incluso contaban con pequeños fragmentos.

Tras la explosión, en el centro del sistema buena parte de la materia vuelve a caer atraída por sí misma, formando una segunda estrella. Y ya tenemos un sistema solar a punto de formar planetas.

Por qué la masa cae en una dirección

Al igual que pasaba con el hidrógeno al inicio del universo, pequeñas imperfecciones en la densidad de la nebulosa hacían que en unas zonas hubiese más materia que en otras. Fue allí hacia donde los nuevos elementos caían por millones de toneladas, chocando unos con otros a grandes velocidades.

disco protoplanetario

Al principio las velocidades de estas partículas eran bajas. Después de todo, una nebulosa es algo bastante gaseoso, sin mucha densidad. Las partículas, alejadas entre sí, apenas tenían fuerza de atracción.

Pero, a medida que pasaban los milenios y la materia empezó a formar pequeños grupos, la fuerza de la gravedad fue aumentando. Y de tanto en tanto pequeños protoplanetas chocaban unos contra otros, desgajando partes enormes. Se sospecha que es así como nació nuestra Luna.

Con cada choque de pequeñas rocas, estas perdían velocidad y quedaban más atrapadas en el campo gravitatorio que formaban entre todas. De modo que caían unas sobre otras, aumentando la presión hasta el punto en que la temperatura aumentó miles de grados, fundiendo todo lo que caía.

A medida que los protoplanetas recorrían la órbita solar la iban “limpiando” de escombros y otras partículas más pequeñas, y capturando los restos no consolidados del resto de la nebulosa.

¿Por qué los planetas suelen girar en la misma dirección?

Además, ocurría algo muy interesante: los planetas tendían a ir todos en la misma dirección. El motivo es simple. Si 10.000 protoplanetas van en una dirección y 10.000 en otra, chocar es muy probable. Es lo que ocurría al inicio.

planetas girando en la misma direccion

Pero pasado cierto número de colisiones, una de las direcciones se manifestaba como la ganadora. Aquellos planetas que iban en la dirección “buena”, sobrevivían al no chocar con nada, e incluso llegaban a fusionarse dando lugar a planetas más grandes. Los que no, eran absorbidos o deflectados.

A esto se sumaba que el resto de los planetas de la dirección “adecuada” tiraban gravitacionalmente de todos los demás, como por otro lado ocurre en todos los sistemas solares.

Es algo así como estar muy cerca del andén cuando pasa un tren a gran velocidad: uno siente un tirón en la dirección de avance. Por estos motivos casi todos los planetas giran no solo en la misma dirección, sino que además lo hacen en el mismo plano.

Así se forman las órbitas y las lunas

De modo que, en un proto sistema solar tenemos grandes masas que se mueven girando en la misma dirección, barriendo la materia que queda a su paso. El recorrido que realizan se llama órbita y, cuando un planeta no se forma en determinada órbita, lo que quedan son gran cantidad de asteroides.

Es lo que ocurre en el Cinturón de Asteroides (qué nombre tan original) de nuestro Sistema Solar. Mientras que las órbitas de Mercurio, Venus, La Tierra y Marte están relativamente limpias, el espacio entre Marte y Júpiter está repleto de escombros.

cinturon de asteroides

Estos restos algunos de un tamaño enorme, son atrapados por los planetas pero no llegan a caer en su superficie. Cuando durante miles de millones de años permanecen estables, los llamamos satélites, y algunos son tan grandes en relación con su planeta como la Luna.

En realidad, el proceso de agrupación de átomos de hidrógeno, moléculas, escombros y planetas es similar y sigue siempre el mismo principio: en cierta región se concentra algo de materia, y el resto cae hacia ella. El resto viene rodado.

Lo curioso es que, cuando chocan, tienden a girar. Es algo similar a lo que ocurre cuando acercas dos imanes esféricos en una superficie plana: al principio están demasiado lejos para atraerse, pero cuando lo hacen, aceleran y colisionan, tienden a girar al convertirse la energía cinética lineal en energía de rotación.

Y, como en el espacio no hay rozamiento de la materia al girar, esta tiene fácil el poder dar vueltas, como ocurre con los sistemas solares, los planetas alrededor de la estrella o las lunas alrededor de estos últimos. Así es como nace un sistema solar.

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Imágenes | NASA, Billy Huynh, NASA, Mdf, NASA, David Menidrey

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