Hace casi cinco mil millones de años, se formaron los planetas gaseosos gigantes Júpiter y Saturno, aparentemente de formas radicalmente diferentes.
Así lo dice un científico del Laboratorio Nacional de Los Alamos de la Universidad de California que creó modelos informáticos exhaustivos basados en experimentos en los que el elemento hidrógeno sufrió una descarga eléctrica a presiones casi tan grandes como las que se encuentran dentro de los dos planetas.
Trabajando con un colega francés, Didier Saumon, de la División de Física Aplicada de Los Alamos, creó modelos que establecen que los elementos pesados se concentran en el núcleo masivo de Saturno, mientras que esos mismos elementos se mezclan en todo Júpiter, con muy poco o ningún núcleo central. El estudio, publicado en el Astrophysical Journal de esta semana, mostró que los elementos refractarios como el hierro, el silicio, el carbono, el nitrógeno y el oxígeno se concentran en el núcleo de Saturno, pero se difunden en Júpiter, lo que lleva a la hipótesis de que se formaron a través de diferentes procesos.
Saumon recopiló datos de varios experimentos recientes de compresión de choque que han mostrado cómo se comporta el hidrógeno a presiones un millón de veces mayores que la presión atmosférica, acercándose a los presentes en los gigantes gaseosos. Estos experimentos, realizados en los últimos años en laboratorios nacionales de EE. UU. Y en Rusia, han permitido por primera vez mediciones precisas de la llamada ecuación de estado de fluidos simples, como el hidrógeno, dentro de la alta presión y alta densidad. reino donde ocurre la ionización para el deuterio, el isótopo hecho de un átomo de hidrógeno con un neutrón adicional.
Trabajando con T. Guillot del Observatorio de la Costa Azul, Francia, Saumon desarrolló alrededor de 50,000 modelos diferentes de las estructuras internas de los dos planetas gaseosos gigantes que incluían todas las variaciones posibles permitidas por las observaciones astrofísicas y los experimentos de laboratorio.
"Algunos datos de sondas planetarias anteriores nos dieron información indirecta sobre lo que ocurre dentro de Saturno y Júpiter, y ahora esperamos aprender más de la misión Cassini que acaba de llegar a la órbita de Saturno", dijo Saumon. "Seleccionamos solo los modelos de computadora que se ajustan a las observaciones planetarias".
Júpiter, Saturno y los otros planetas gigantes están formados por gases, como el sol: son aproximadamente 70 por ciento de hidrógeno en masa, y el resto son principalmente helio y pequeñas cantidades de elementos más pesados. Por lo tanto, sus estructuras interiores eran difíciles de calcular porque la ecuación de estado del hidrógeno a altas presiones no se entendía bien.
Saumon y Guillot restringieron sus modelos de computadora con datos de los experimentos de deuterio, reduciendo así las incertidumbres previas para la ecuación del estado del hidrógeno, que es el ingrediente central necesario para mejorar los modelos de las estructuras de los planetas y cómo se formaron.
"Tratamos de incluir todas las variaciones posibles que podrían permitir los datos experimentales sobre la compresión de choque del deuterio", explicó Saumon.
Al estimar la cantidad total de elementos pesados y su distribución dentro de Júpiter y Saturno, los modelos proporcionan una mejor imagen de cómo se formaron los planetas a través de la acumulación de hidrógeno, helio y elementos sólidos de la nebulosa que se arremolinaba alrededor del Sol hace miles de millones de años. .
"Hubo un acuerdo general de que los núcleos de Saturno y Júpiter son diferentes", dijo Saumon. "Lo nuevo aquí es lo exhaustivos que son estos modelos. Hemos logrado eliminar o cuantificar muchas de las incertidumbres, por lo que tenemos mucha mejor confianza en el rango dentro del cual los datos reales caerán para el hidrógeno y, por lo tanto, para los metales refractarios y otros elementos.
"Aunque no podemos decir que nuestros modelos son precisos, sabemos muy bien cuán imprecisos son", agregó.
Estos resultados de los modelos ayudarán a guiar las mediciones que tomará Cassini y las futuras sondas espaciales interplanetarias propuestas para Júpiter.
El Laboratorio Nacional de Los Alamos es operado por la Universidad de California para la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) del Departamento de Energía de los EE. UU. Y trabaja en colaboración con los laboratorios nacionales Sandia y Lawrence Livermore de NNSA para apoyar a NNSA en su misión.
Los Alamos desarrolla y aplica ciencia y tecnología para garantizar la seguridad y confiabilidad del elemento disuasorio nuclear de los Estados Unidos; reducir la amenaza de las armas de destrucción masiva, proliferación y terrorismo; y resolver problemas nacionales en defensa, energía, medio ambiente e infraestructura.
Fuente original: Comunicado de prensa de Los Alamos
