El polvo del sistema solar.

Lo que los científicos encontraron después de filtrar el polvo en el sistema solar.

En esta ilustración, varios anillos de polvo rodean el sol. Estos anillos se forman cuando la gravedad de los planetas arrastra los granos de polvo a la órbita alrededor del Sol. Recientemente, los científicos han detectado un anillo de polvo en la órbita de Mercurio. Otros suponen que la fuente del anillo de polvo de Venus es un grupo de asteroides co-orbitales nunca antes detectados. Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Mary Pat Hrybyk-Keith.

Así como el polvo se acumula en las esquinas y en las estanterías de nuestras casas, el polvo también se acumula en el espacio. Pero cuando el polvo se asienta en el sistema solar, a menudo está en anillos. Varios anillos de polvo rodean el sol. Los anillos trazan las órbitas de los planetas, cuya gravedad arrastra el polvo en su lugar alrededor del Sol, a medida que se desplaza hacia el centro del sistema solar.

El polvo consiste en restos aplastados de la formación del sistema solar, hace unos 4.600 millones de años, escombros de colisiones de asteroides o migajas de cometas en llamas. El polvo se dispersa por todo el sistema solar, pero se acumula en los anillos granulados que recubren las órbitas de la Tierra y Venus, anillos que se pueden ver con los telescopios en la Tierra. Al estudiar este polvo, de qué está hecho, de dónde viene y cómo se mueve a través del espacio, los científicos buscan pistas para comprender el nacimiento de los planetas y la composición de todo lo que vemos en el sistema solar.

Dos estudios recientes reportan nuevos descubrimientos de anillos de polvo en el sistema solar interior. Un estudio utiliza datos de la NASA para delinear evidencia de un anillo de polvo alrededor del Sol en la órbita de Mercurio. Un segundo estudio de la NASA identifica la posible fuente del anillo de polvo en la órbita de Venus: un grupo de asteroides nunca antes detectados que orbitan alrededor del planeta.

"No todos los días se puede descubrir algo nuevo en el sistema solar interior", dijo Marc Kuchner, autor del estudio Venus y astrofísico en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Esto está justo en nuestro vecindario".

Otro anillo alrededor del sol.

Los científicos piensan que los planetas comienzan como meros granos de polvo. Surgen
de discos gigantes de gas y polvo que rodean a estrellas jóvenes. La gravedad y otras
fuerzas hacen que el material dentro del disco choque y se unan. (ilustración).
Créditos: Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

Guillermo Stenborg y Russell Howard, ambos científicos solares en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington, DC, no se propusieron encontrar un anillo de polvo. "Lo encontramos por casualidad", dijo Stenborg, riendo. Los científicos resumieron sus hallazgos en un artículo publicado en The Astrophysical Journal el 21 de noviembre de 2018, enlace publicación.

Describen evidencia de una fina neblina de polvo cósmico sobre la órbita de Mercurio, formando un anillo de aproximadamente 9,3 millones de millas de ancho. Mercurio: 3.030 millas de ancho, lo suficientemente grande para que los Estados Unidos continentales se extiendan a través de esta vasta pista de polvo a medida que rodea el Sol.

Irónicamente, los dos científicos tropezaron con el anillo de polvo mientras buscaban evidencias de una región libre de polvo cercana al Sol. A cierta distancia del Sol, según una predicción de décadas de antigüedad, el fuerte calor de la estrella debería vaporizar el polvo, barriendo todo un espacio. Saber dónde está este límite puede decirle a los científicos acerca de la composición del polvo en sí, e insinuar cómo se formaron los planetas en el joven sistema solar.

Hasta ahora, no se ha encontrado evidencia de espacio libre de polvo, pero eso es en parte porque sería difícil de detectar desde la Tierra. No importa cómo miren los científicos desde la Tierra, todo el polvo entre nosotros y el Sol se interpone, engañándolos para que piensen que el espacio cerca del Sol es más polvoriento de lo que realmente es.

Stenborg y Howard pensaron que podrían solucionar este problema construyendo un modelo basado en imágenes del espacio interplanetario del satélite STEREO de la NASA, que es la abreviatura del Observatorio de Relaciones Terrestres y Solares.

En última instancia, los dos querían probar su nuevo modelo en preparación para la Sonda Solar Parker de la NASA, que actualmente está volando una órbita altamente elíptica alrededor del Sol, girando cada vez más cerca de la estrella durante los próximos siete años. Querían aplicar su técnica a las imágenes que Parker enviará a la Tierra y ver cómo se comporta el polvo cerca del Sol.

Los científicos nunca han trabajado con los datos recopilados en este territorio inexplorado, tan cerca del Sol. Modelos como el de Stenborg y el de Howard proporcionan un contexto crucial para comprender las observaciones de Parker Solar Probe, así como para sugerir qué tipo de entorno espacial se encontrará en la nave espacial.

STEREO consiste en dos naves espaciales casi idénticas que buscan establecer una
relación de causa y efecto de uno a uno entre las eyecciones de masa coronal como se ve
en el sol, la aceleración de partículas en el espacio interplanetario
y las consecuencias terrestres. Crédito: NASA

Dos imágenes de luz se muestran en las imágenes STEREO: la luz de la atmósfera exterior del Sol, llamada corona, y la luz reflejada en todo el polvo que flota en el espacio. La luz del sol reflejada en este polvo, que orbita lentamente alrededor del Sol, es aproximadamente 100 veces más brillante que la luz coronal.

"En realidad no somos gente del polvo", dijo Howard, quien también es el científico principal de las cámaras en STEREO y Parker Solar Probe que toman fotos de la corona. "El polvo cerca del Sol simplemente aparece en nuestras observaciones y, en general, lo hemos desechado". Los científicos solares como Howard, que estudian la actividad solar con fines tales como pronosticar el clima espacial inminente, incluidas las explosiones gigantes de material solar que el El sol a veces puede enviarnos por nuestro camino: hemos pasado años desarrollando técnicas para eliminar el efecto de este polvo. Solo después de eliminar la contaminación lumínica del polvo pueden ver claramente lo que está haciendo la corona.

Los dos científicos construyeron su modelo como una herramienta para que otros pudieran deshacerse del molesto polvo en las imágenes de STEREO (y, finalmente, de la sonda solar de Parker), pero la predicción de un espacio libre de polvo persistía en el fondo de sus mentes. Si pudieran idear una forma de separar los dos tipos de luz y aislar el brillo del polvo, podrían averiguar cuánto polvo había realmente allí. Al encontrar que toda la luz en una imagen proviene solo de la corona, por ejemplo, podría indicar que por fin encontraron un espacio sin polvo.

El anillo de polvo de Mercurio fue un hallazgo afortunado, un descubrimiento lateral que Stenborg y Howard hicieron mientras trabajaban en su modelo. Cuando utilizaron su nueva técnica en las imágenes STEREO, notaron un patrón de brillo mejorado a lo largo de la órbita de Mercurio, más polvo, es decir, en la luz que de otro modo habrían planeado descartar.

"No fue una cosa aislada", dijo Howard. “En todo el Sol, independientemente de la posición de la nave espacial, podríamos ver el mismo aumento del cinco por ciento en el brillo o densidad del polvo. Eso decía que algo estaba allí, y es algo que se extiende alrededor del Sol ".

Los científicos nunca consideraron que pudiera existir un anillo a lo largo de la órbita de Mercurio, tal vez por eso no se haya detectado hasta ahora, dijo Stenborg. "La gente pensaba que Mercurio, a diferencia de la Tierra o Venus, es demasiado pequeño y está demasiado cerca del Sol para capturar un anillo de polvo", dijo. "Esperaban que el viento solar y las fuerzas magnéticas del Sol sacudieran cualquier exceso de polvo en la órbita de Mercurio".

Con un descubrimiento inesperado y una nueva herramienta sensible en su haber, los investigadores todavía están interesados ​​en la zona libre de polvo. A medida que Parker Solar Probe continúa explorando la corona, su modelo puede ayudar a otros a revelar otros conejitos de polvo que se encuentran cerca del Sol.

Asteroides escondidos en la órbita de Venus.

Esta visualización muestra una simulación del anillo de polvo en la órbita de Venus alrededor del Sol. Los científicos plantean la hipótesis de que un grupo de asteroides nunca antes detectados que orbitan alrededor del Sol con Venus son los responsables de suministrar el anillo de polvo de Venus.

Crédito: Estudio de visualización científica de la NASA / Tom Bridgman.

Esta no es la primera vez que los científicos encuentran un anillo de polvo en el sistema solar interior. Hace veinticinco años, los científicos descubrieron que la Tierra órbita alrededor del Sol dentro de un gigantesco anillo de polvo. Otros descubrieron un anillo similar cerca de la órbita de Venus, primero usando datos de archivo de las sondas espaciales germano-americanas Helios en 2007, y luego lo confirmaron en 2013, con datos STEREO.

Desde entonces, los científicos determinaron que el anillo de polvo en la órbita de la Tierra proviene en gran parte del cinturón de asteroides, la vasta región en forma de rosquilla entre Marte y Júpiter, donde viven la mayoría de los asteroides del sistema solar. Estos asteroides rocosos chocan constantemente entre sí, dejando caer el polvo que se adentra en la gravedad del Sol, a menos que la gravedad de la Tierra arrastre el polvo hacia la órbita de nuestro planeta.

Al principio, parecía probable que el polvo de Venus se formara como el de la Tierra, a partir del polvo producido en otras partes del sistema solar. Pero cuando el astrofísico de Goddard, Petr Pokorny, modeló el polvo en espiral hacia el Sol desde el cinturón de asteroides, sus simulaciones produjeron un anillo que coincidía con las observaciones del anillo de la Tierra, pero no de Venus.

Esta discrepancia lo hizo preguntarse si no sería el cinturón de asteroides, ¿de dónde más proviene el polvo en la órbita de Venus? Después de una serie de simulaciones, Pokorny y su compañero de investigación Marc Kuchner plantearon la hipótesis de que proviene de un grupo de asteroides nunca antes detectados que orbitan el Sol junto a Venus. Publicaron su trabajo en The Astrophysical Journal Letters el 12 de marzo de 2019, enlace publicación.

"Creo que lo más emocionante de este resultado es que sugiere una nueva población de asteroides que probablemente contiene pistas sobre cómo se formó el sistema solar", dijo Kuchner. Si Pokorny y Kuchner pueden observarlos, esta familia de asteroides podría arrojar luz sobre las historias iniciales de la Tierra y Venus. Visto con las herramientas adecuadas, los asteroides también podrían revelar pistas sobre la diversidad química del sistema solar.

Debido a que se dispersa en una órbita más grande, el anillo de polvo de Venus es mucho más grande que el anillo recientemente detectado en Mercurio. Alrededor de 16 millones de millas de arriba a abajo y 6 millones de millas de ancho, el anillo está lleno de polvo cuyos granos más grandes son aproximadamente del tamaño de aquellos en papel de lija grueso. Es aproximadamente un 10 por ciento más denso con el polvo que el espacio circundante. Aún así, es difuso: reúne todo el polvo del anillo y lo único que obtendrás es un asteroide de dos millas de ancho.

Los asteroides representan bloques de construcción de los planetas rocosos del
sistema solar. Cuando chocan en el cinturón de asteroides arrojan polvo que se dispersa
por todo el sistema solar que puede ser estudiado por los científicos en busca de pistas sobre
la historia temprana de los planetas. (ilustración). Créditos: Laboratorio de Imagen
Conceptual del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA.

Utilizando una docena de herramientas de modelado diferentes para simular la forma en que el polvo se mueve alrededor del sistema solar, Pokorny modeló todas las fuentes de polvo en las que podía pensar, buscando un anillo de Venus simulado que coincidiera con las observaciones. La lista de todas las fuentes que probó suena como una lista de todos los objetos rocosos del sistema solar: asteroides del Cinturón Principal, cometas Oort Cloud, cometas tipo Halley, cometas de la familia Jupiter, colisiones recientes en el cinturón de asteroides.

"Pero ninguno de ellos funcionó", dijo Kuchner. "Entonces, comenzamos a crear nuestras propias fuentes de polvo".

Quizás, pensaron los dos científicos, el polvo provenía de asteroides mucho más cercanos a Venus que del cinturón de asteroides. Podría haber un grupo de asteroides que orbitan alrededor del Sol con Venus, lo que significa que comparten la órbita de Venus, pero se mantienen alejados del planeta, a menudo al otro lado del Sol. Pokorny y Kuchner razonaron que un grupo de asteroides en la órbita de Venus podría haber pasado desapercibido hasta ahora porque es difícil apuntar telescopios terrestres en esa dirección, tan cerca del Sol, sin la interferencia de la luz del Sol.

Los asteroides coorbitantes son un ejemplo de lo que se llama resonancia, un patrón orbital que une diferentes órbitas, según cómo se encuentren sus influencias gravitacionales. Pokorny y Kuchner modelaron muchas resonancias potenciales: asteroides que giran alrededor del Sol dos veces por cada tres de las órbitas de Venus, por ejemplo, o nueve veces para las diez de Venus, y una para una. De todas las posibilidades, solo un grupo produjo una simulación realista del anillo de polvo de Venus: un paquete de asteroides que ocupan la órbita de Venus, haciendo coincidir los viajes de Venus alrededor del Sol uno por uno.

Pero los científicos no pudieron simplemente llamarlo un día después de encontrar una solución hipotética que funcionó. "Pensamos que habíamos descubierto esta población de asteroides, pero luego tuvimos que demostrarlo y demostrar que funciona", dijo Pokorny. "Nos emocionamos, pero luego te das cuenta: 'Oh, hay mucho trabajo que hacer'".

Necesitaban demostrar que la existencia misma de los asteroides tiene sentido en el sistema solar. Serían improbables, se dieron cuenta, que los asteroides en estas órbitas circulares especiales cerca de Venus llegaron allí desde algún otro lugar como el cinturón de asteroides. Su hipótesis tendría más sentido si los asteroides hubieran estado allí desde el principio del sistema solar.

Los científicos construyeron otro modelo, esta vez comenzando con una multitud de 10,000 asteroides vecinos de Venus. Permiten que la simulación avance rápidamente a lo largo de 4.500 millones de años de historia del sistema solar, incorporando todos los efectos gravitacionales de cada uno de los planetas. Cuando el modelo llegó al presente, aproximadamente 800 de sus asteroides de prueba sobrevivieron a la prueba del tiempo.

Pokorny considera esto como una tasa de supervivencia optimista. Indica que los asteroides podrían haberse formado cerca de la órbita de Venus en el caos del sistema solar temprano, y algunos podrían permanecer allí hoy, alimentando el anillo de polvo cercano.

El siguiente paso es en realidad determinar y observar los asteroides difíciles de alcanzar. "Si hay algo allí, deberíamos poder encontrarlo", dijo Pokorny. Su existencia podría verificarse con telescopios espaciales como el Hubble, o quizás con imágenes espaciales interplanetarias similares a las de STEREO. Luego, los científicos tendrán más preguntas para responder: ¿Cuántos de ellos hay y cuán grandes son? ¿Están continuamente arrojando polvo, o hubo solo un evento de ruptura?

Anillos de polvo alrededor de otras estrellas.

En esta ilustración, un asteroide se rompe bajo la poderosa gravedad de LSPM J0207 + 3331,
una estrella enana blanca ubicada a unos 145 años luz de distancia. Los científicos creen
que los asteroides desmoronados suministran los anillos de polvo que rodean a esta
vieja estrella.
Créditos: Centro de vuelo espacial Goddard de la NASA / Scott Wiessinger.

Los anillos de polvo que Mercurio y Venus pastorean están a solo uno o dos planetas de distancia, pero los científicos han descubierto muchos otros anillos de polvo en sistemas estelares distantes. Los grandes anillos de polvo pueden ser más fáciles de detectar que los exoplanetas, y podrían usarse para inferir la existencia de planetas que de otra manera estarían ocultos, e incluso sus propiedades orbitales.

Pero interpretar los anillos de polvo extrasolar no es sencillo. "Para modelar y leer con precisión los anillos de polvo alrededor de otras estrellas, primero tenemos que entender la física del polvo en nuestro propio patio trasero", dijo Kuchner. Al estudiar los anillos de polvo vecinos en Mercurio, Venus y la Tierra, donde el polvo rastrea los efectos duraderos de la gravedad en el sistema solar, los científicos pueden desarrollar técnicas para leer entre los anillos de polvo cercanos y lejanos.

Por Lina Tran

El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Md.

Última actualización: 12 de marzo de 2019, enlace publicación.

Editor: Rob Garner