Un pequeño estallido paternal

Nueve mil millones de años después del “Big Bang”, un “Little Bang” disparó la creación de nuestro sistema solar.

A lo largo de varias décadas, los científicos han supuesto que el sistema solar se formó como resultado de una onda de choque proveniente de una estrella en explosión (una supernova) que provocó el colapso de una densa nube de gas polvoriento que se contrajo para formar el Sol y los planetas. Pero los detallados modelos de este proceso de formación habían funcionado únicamente bajo la presunción simplista de que las temperaturas durante estos eventos violentos permanecían constantes.

Casiopea A Imagen en falso color del remanente de supernova Casiopea A, obtenida por tres de los Grandes Observatorios de la NASA. El diminuto punto turquesa en el centro es la estrella neutrónica que se formó a partir de los restos de la estrella original, mientras que el variopinto envoltorio que la rodea está compuesto por los restos diseminados de la supernova. Casiopea A se encuentra localizada a unos 10 000 años-luz de distancia, en la dirección de la constelación del mismo nombre. © NASA/JPL-Caltech/Steward Observatory

Ahora, astrofísicos del Departamento de Magnetismo Terrestre (DTM = Department of Terrestrial Magnetism) del Instituto Carnegie han demostrado, por primera vez, que de hecho una supernova pudo haber causado la formación del sistema solar, bajo las más probables condiciones de rápido calentamiento y enfriamiento. Los resultados, publicados en el número del 20 de octubre de 2008 del Astrophysical Journal, han resuelto este prolongado debate. El estudio también arroja luz sobre la formación planetaria, y puede ayudar a los astrobiólogos a entender la posibilidad de formación de planetas habitables alrededor de estrellas distantes.

“Desde la década de 1970 tenemos evidencia química en meteoritos que apunta a que una supernova disparó la formación del sistema solar”, remarcó el autor principal Alan Boss, de Carnegie. “Pero el diablo se metió en los detalles. Hasta este estudio, los científicos no habían podido resolver un escenario auto-consistente, donde el colapso se inicie al mismo tiempo que los recién creados isótopos de la supernova son inyectados en la nube colapsante”.

Versiones de corta vida de isótopos radioactivos (elementos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones) que se encuentran en meteoritos muy antiguos se desintegran en escalas temporales de millones de años y se convierten en elementos diferentes. El hallazgo de estos elementos “descendientes” en meteoritos primitivos implica que los radioisótopos progenitores de corta vida deben haber sido creados apenas un millón de años antes, o algo así, de que los meteoritos mismos se formaran.

Un pasado polvoriento Concepción artística de un disco de polvo orbitando alrededor de una estrella. La nueva investigación demostró que una supernova distante pudo haber causado que una nube de polvo colapsara para finalmente formar nuestro sistema solar. © NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

“Uno de estos isótopos progenitores, el hierro⁶⁰, únicamente puede ser creado en cantidades significativas en los potentes hornos nucleares de estrellas masivas o evolucionadas”, explicó Boss. “El hierro⁶⁰ se desintegra en níquel⁶⁰, y se ha encontrado níquel⁶⁰ en meteoritos primitivos, de modo que sabíamos cuándo y dónde se habían formado los isótopos progenitores, pero no sabíamos cómo habían llegado hasta aquí”.

Modelos previos confeccionados por Boss y por Prudence Foster demostraron que los isótopos podían ser depositados en una nube pre-solar si una onda de choque proveniente de una explosión supernova bajaba su velocidad hasta unos 10 a 40 kilómetros por segundo, y la onda y la nube tenían una temperatura constante de -263ºC (10 K).

“Estos modelos no funcionaban si el material se calentaba por compresión y se enfriaba por radiación, y este problema hizo surgir serias dudas en la comunidad sobre si un choque supernova había iniciado o no estos eventos hace más de cuatro mil millones de años”, destacó Harri Vanhala, quien encontró el resultado negativo en su tesis doctoral en el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica en 1997.

Utilizando un código hidrodinámico adaptable de refinado de malla, FLASH 2.5, diseñado para manejar frentes de choque, así como una ley mejorada de enfriamiento, los investigadores de Carnegie tuvieron en cuenta varias situaciones diferentes. En todos los modelos, el frente de choque golpeó una nube pre-solar con una masa equivalente a la de nuestro Sol, consistente en polvo, agua, monóxido de carbono e hidrógeno molecular, alcanzando temperaturas de hasta 727ºC (1 000 K).

Estas diminutas partículas, provenientes de meteoritos conocidos como condritas carbonáceas, miden apenas unas millonésimas de metro y tienen proporciones diferentes de isótopos de nitrógeno (N) y de hidrógeno (H). Estos isótopos se encuentran unidos químicamente a la materia orgánica meteorítica y pueden revelar mucho sobre lo que le sucedió al meteorito mientras atravesaba el sistema solar, a lo largo de miles de millones de años. © Carnegie Institution

En ausencia de enfriamiento, la nube no podía colapsar. Sin embargo, con la nueva ley de enfriamiento, descubrieron que después de 100 000 años la nube pre-solar era mil veces más densa que antes, y que el calor causado por el frente de choque se disipaba rápidamente, resultando en únicamente una fina capa con temperaturas cercanas a los 727ºC (1 000 K). Después de 160 000 años, el centro de la nube había colapsado hasta hacerse un millón de veces más densa, formando el proto-sol. Los investigadores descubrieron que los isótopos del frente de choque se encontraban mezclados en el proto-sol en una forma consistente con su origen en una supernova.

“Esta es la primera vez que se ha mostrado un modelo detallado que funcione de una supernova disparando la formación de nuestro sistema solar”, dijo Boss. “Comenzamos con un Little Bang 9 000 millones de años después del Big Bang”.

Geoda, una cavidad celestial. © Telescopio Espacial Hubble

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Artículo original: “The Little Bang”
Fecha: Octubre 05, 2008
Enlace con el artículo original: aquí
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