¿Te has preguntado de donde vienen el Sol y los planetas que giran alrededor de él? ¿Te imaginas cómo fue la infancia de nuestro Sistema Solar? ¿Sabes si existen en el universo sistemas solares en proceso de formación? Éstas son algunas de las preguntas que los astrónomos han intentado responder a lo largo del tiempo, y la ciencia les ha permitido ir encontrando respuesta a cada una de estas interrogantes.
La galaxia en la que vivimos, la Vía Láctea, contiene más de cien mil millones de estrellas, muchas de las cuales son estrellas como nuestro Sol. Sin embargo, también hay estrellas mucho más viejas y mucho más jóvenes; para explorar un poco los orígenes del Sistema Solar, nosotros hablaremos de las estrellas jóvenes y de su capacidad de formar planetas.
Todo está rotando
Las galaxias como la nuestra contienen estructuras de gas y polvo llamadas nubes moleculares y estas nubes, de manera similar a las nubes que vemos en la Tierra, tienen formas muy caprichosas y poseen zonas que son más densas que el resto de la nube. En el caso de las nubes moleculares, las zonas con mayor densidad se conocen como núcleos densos, y colapsan bajo la acción de su propia gravedad, dando lugar a la formación de nuevas estrellas.
Por otro lado, las diversas observaciones que realizan los astrónomos han permitido descubrir que todos los objetos en el universo están rotando, desde las galaxias hasta las estrellas, y las nubes moleculares no son la excepción. Como los núcleos densos también rotan, éstos tienen cierto momento angular[1] asociado, y cuando se colapsan bajo la acción de la gravedad, se forma una estructura aplanada en forma de disco que rodea a la estrella recién nacida.
La idea de que el Sistema Solar se formó a partir de una estructura en forma de disco, que rodeaba al Sol, hace aproximadamente 4,500 millones de años, no es tan reciente: ya en 1755 y 1796, Kant y Laplace habían postulado y argumentado, respectivamente, que el Sistema Solar surgió a partir de una nebulosa gaseosa y aplanada; a esta teoría se le conoce como hipótesis nebular.
Con el tiempo y gracias al avance de ciencias como la física, las matemáticas o la química, las teorías sobre la formación del Sistema Solar se han ido refinando y entendiendo cada vez más.
Discos protoplanetarios
Una limitante a la que se enfrentan los científicos al estudiar el universo es el tiempo: los tiempos de evolución de los objetos astronómicos son muy grandes y es imposible observar cambios notables en estos objetos en escalas de tiempo de la vida del ser humano. Por eso, para entender la evolución de las estrellas, los astrónomos observan dichos astros en varias etapas de evolución para así descifrar el misterio de la vida de las estrellas; es como si un ser humano adulto que súbitamente perdiera sus conocimientos quisiera saber cómo fue de niño y cómo será cuando se convierta en anciano; este ser humano observaría a la gente a su alrededor y vería personas de todas las edades: bebés, niños, jóvenes, adultos, ancianos, y mediante estas observaciones, él podría entender cómo crecemos los humanos. El mismo principio aplican los astrónomos a las estrellas y por eso entendemos su evolución.
En esta búsqueda implacable de entender la vida de las estrellas se ha descubierto que las estrellas jóvenes están rodeadas de “discos” de gas y polvo, los cuales se denominan discos protoplanetarios. ¿Para qué sirven estos discos?
Estos discos son muy importantes porque gracias a ellos, la estrella recién formada sigue ganando masa y creciendo, es decir, una vez que el núcleo denso colapsa y forma un objeto central (la estrella), el disco protoplanetario sigue alimentando a esta estrella permitiéndole crecer y alcanzar su masa final. Debido a que el disco se forma del material de la nube materna, el disco también está compuesto de gas y polvo. Se ha encontrado que los principales componentes de polvo en los discos son silicatos (minerales como los que conforman las rocas y la arena en la Tierra) y algunos tipos de grafito. También se ha detectado la emisión de algunos tipos de hielos y de moléculas como monóxido de carbono (CO), agua (H2O) o cianuro de hidrógeno (HCN). Paralelamente a su función de alimentar a la estrella central, los discos también son el escenario natural para la formación de nuevos planetas, de ahí el nombre “protoplanetarios”: el material en el disco es la materia prima de la cual se forman los planetas que orbitarán alrededor de la estrella. Existen discos de diversos tamaños y algunos llegan a alcanzar hasta las 1000 unidades astronómicas**[2] de radio.
Entonces, si la gran mayoría de estrellas jóvenes están rodeadas de discos, podemos decir que el proceso de formación de sistemas planetarios no es excepcional ni poco frecuente, ¡sino todo lo contrario! ¡Es un fenómeno natural y muy común que se está llevando a cabo por todas partes! Al menos para estrellas con masas parecidas a la del Sol. Esta afirmación es correcta, las estrellas mucho más masivas que el Sol generan radiación muy potente que hace que sus discos desaparezcan rapidísimo, sin darles el tiempo suficiente para formar planetas. Observaciones realizadas desde finales del siglo pasado hasta la actualidad, con los mejores telescopios del mundo, han permitido encontrar una gran cantidad de estrellas jóvenes rodeadas por discos en varios rincones de la Galaxia, y estos discos son estudiados día con día gracias a modelos matemáticos sofisticados que nos permiten entenderlos con mucho detalle. Un ejemplo es el disco HL Tau, localizado en la constelación de Tauro a unos 450 años luz***[3] de la Tierra, del cual recientemente se obtuvieron imágenes impresionantes que muestran claramente un sistema planetario en formación (ver figura 1)
Infancia del Sistema Solar
Nuestro propio hogar, la Tierra, provino de un disco protoplanetario que rodeaba al Sol cuando este nació, ¡hace aproximadamente 4,500 millones de años! De este disco se formaron los 8 planetas que orbitan el Sol, también los satélites naturales de todos estos planetas, así como cuerpos menores que habitan el Sistema Solar, tales como el cinturón de asteroides o los llamados planetas enanos más allá de la órbita de Neptuno.
La infancia del Sistema Solar estuvo lleva de procesos violentos; las colisiones entre cuerpos rocosos en el disco que rodeaba al Sol eran muy frecuentes, de hecho, hay una teoría que postula que la Luna se formó cuando la Tierra chocó con un cuerpo rocoso de aproximadamente un cuarto del tamaño de la Tierra. También se piensa que gran parte del agua líquida presente en la Tierra en la actualidad vino de asteroides y cometas que impactaban la superficie de nuestro planeta de una manera muy frecuente, cuando ésta apenas se estaba formando. Esto demuestra que los procesos violentos de la infancia del Sistema Solar fueron importantes y algunos de ellos indispensables para el surgimiento la vida en la Tierra. Por otro lado, los planetas peleaban constantemente entre ellos para ganar masa, sin embargo, Júpiter fue el que acaparó la mayor parte, de hecho este planeta tiene aproximadamente 318 veces la masa de la Tierra. Saturno, el siguiente planeta más grande del Sistema Solar, solo tiene el 0.3% de la masa de Júpiter.
Observando discos en otras estrellas
Al día de hoy se han estudiado discos protoplanetarios en muchas regiones de la Galaxia, y se han podido observar usando radiotelescopios muy potentes como ALMA, que es un conjunto de 66 antenas ubicado en el desierto de Atacama, en Chile, y que observa el universo en longitudes de onda**** [4]milimétricas y submilimétricas. Otro ejemplo es el telescopio espacial Hubble, ubicado sobre la atmósfera de la Tierra, el que también nos ha regalado impresionantes imágenes en el óptico de estos objetos. En pocas palabras, gracias a los avances tecnológicos y al ingenioso trabajo de astrónomos teóricos y observadores, ¡hemos podido ver directamente el proceso que dio origen al Sistema Solar!
Es interesante mencionar que, hace poco menos de una década, se comenzaron a encontrar nuevas clases de discos alrededor de estrellas jóvenes. Estas nuevas clases de discos se conocen como discos “transicionales” y discos “pre-transicionales” y se caracterizan por tener huecos, cavidades y brechas que son consecuencia del proceso de formación de planetas. En estas nuevas clases de discos, estamos viendo directamente cómo se forman los planetas y es un área de la astronomía que tiene un gran auge en investigación en la actualidad.
Finalmente, es muy importante mencionar que los astrónomos mexicanos, en colaboración con otros grupos internacionales, han hecho aportaciones fundamentales en el entendimiento de la formación de estrellas, y que su trabajo es muy valorado y respetado por la comunidad científica internacional. Es un legado de todos y que seguramente los jóvenes futuros investigadores continuarán.
El lector siempre debe recordar que la Naturaleza es sabia y sobre todo generosa: por cada respuesta que encontramos a una de sus interrogantes, ella nos arroja muchas más preguntas, más cuestiones que explorar, ¡más detalles qué encontrar! Es un ciclo de retroalimentación ¡que parece no tener fin!
Para Saber Más sobre éste y otros temas astronómicos interesantes, consultar:
http://www.eso.org/public/images/eso1436a/
Luis Felipe Rodríguez. 2005. Un universo en expansión. Editorial Fondo de Cultura Económica. 4ª edición.
Julieta Fierro. 1999. Las estrellas. Consejo Nacional para la cultura y las artes. Serie tercer milenio.
Arcadio Poveda, Manuel Peimbert y Luis Felipe Rodríguez. 2010. Siete problemas de la astronomía contemporánea. El Colegio Nacional.
M.Cs Ezequiel Manzo Martínez, es estudiante de Doctorado en el Centro de Radioastronomía y Astrofísica. UNAM, Campus Morelia.
[1] *El momento angular es una medida de la cantidad de movimiento asociado
a un cuerpo que está rotando alrededor de un punto fijo.
[2] ** 1 unidad astronómica (UA) es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol y equivale a 149,597,871 km, aproximadamente.
[3] ***Un año luz es la distancia que recorre la luz al viajar en el vacío durante 1 año y equivale a 9.4x1012 Km.
[4] ****Recordemos que la luz está compuesta de ondas, y cada color de la luz tiene asociada una longitud de onda característica, que es la distancia entre dos crestas consecutivas de una onda. Hay tipos de luz que el ojo humano no percibe como los rayos X, el infrarrojo o las ondas de radio.