Una nueva investigación de la Universidad de Maryland muestra que la proximidad al campo magnético del Sol determina la composición del interior de un planeta.

Un nuevo estudio desafía la hipótesis predominante de por qué Mercurio tiene un núcleo grande en relación con su manto (la capa entre el núcleo y la corteza de un planeta). Durante décadas, los científicos han argumentado que las colisiones con otros cuerpos durante la formación de nuestro sistema solar destruyeron gran parte del manto rocoso de Mercurio y dejaron un gran núcleo de metal denso en su interior. Pero una nueva investigación revela que las colisiones no son las culpables, sino el magnetismo del sol.

William McDonough, profesor de geología en la Universidad de Maryland, y Takashi Yoshizaki de la Universidad de Tohoku desarrollaron un modelo que muestra que la densidad, la masa y el contenido de hierro del núcleo de un planeta rocoso están influenciados por su distancia del campo magnético solar. El artículo que describe el modelo fue publicado el 2 de julio de 2021 en la revista Progreso en ciencia terrestre y planetaria.

«Los cuatro planetas interiores de nuestro sistema solar, Mercurio, Venus, Tierra y Marte, están hechos de diferentes proporciones de metal y roca», dijo McDonough. “Hay un gradiente en el que el contenido de metal en el núcleo disminuye a medida que los planetas se alejan del sol. Nuestro artículo explica cómo sucedió esto, mostrando que la distribución de materias primas en el sistema solar de formación temprana estaba controlada por el campo magnético del sol. «

McDonough desarrolló previamente un modelo para la composición de la Tierra que es comúnmente utilizado por científicos planetarios para determinar la composición de exoplanetas. (Su artículo fundamental sobre este trabajo ha sido citado más de 8.000 veces).

El nuevo modelo de McDonough muestra que durante la formación temprana de nuestro sistema solar, cuando el joven sol estaba rodeado por una nube de polvo y gas, los granos de hierro fueron atraídos hacia adentro por el campo magnético del sol. Cuando los planetas comenzaron a formarse a partir de acumulaciones de polvo y gas, los planetas más cercanos al Sol incorporaron más hierro en sus núcleos que los planetas más lejanos.

Los investigadores encontraron que la densidad y la proporción de hierro en el núcleo de un planeta rocoso se correlaciona con la fuerza del campo magnético alrededor del Sol durante la formación planetaria. Su nuevo estudio sugiere que el magnetismo debería tenerse en cuenta en los intentos futuros de describir la composición de los planetas rocosos, incluidos los que están fuera de nuestro sistema solar.

La composición del núcleo de un planeta es importante por su potencial para sustentar la vida. En la Tierra, por ejemplo, un núcleo de hierro fundido crea una magnetosfera que protege al planeta de los rayos cósmicos que causan cáncer. El núcleo también contiene la mayor parte del fósforo del planeta, que es un nutriente importante para sustentar la vida basada en el carbono.

Utilizando modelos existentes de formación planetaria, McDonough determinó la rapidez con la que el gas y el polvo se introdujeron en el centro de nuestro sistema solar durante su formación. Consideró el campo magnético que habría generado el sol cuando emergiera y calculó cómo ese campo magnético atraería el hierro a través de la nube de polvo y gas.

A medida que el sistema solar temprano comenzó a enfriarse, el polvo y el gas que no eran atraídos por el sol comenzaron a agruparse. Los cúmulos más cercanos al sol habrían estado expuestos a un campo magnético más fuerte y, por lo tanto, contendrían más hierro que aquellos más alejados del sol. A medida que los grupos se fusionaron y se enfriaron en planetas giratorios, las fuerzas gravitacionales atrajeron el hierro hacia su núcleo.

Cuando McDonough incorporó este modelo en los cálculos de formación planetaria, reveló un gradiente en el contenido y la densidad de metales que coincide perfectamente con lo que los científicos saben sobre los planetas de nuestro sistema solar. Mercurio tiene un núcleo metálico que constituye aproximadamente las tres cuartas partes de su masa. Los núcleos de la Tierra y Venus son solo alrededor de un tercio de su masa, y Marte, el más externo de los planetas rocosos, tiene un pequeño núcleo que es solo aproximadamente una cuarta parte de su masa.

Esta nueva comprensión del papel que juega el magnetismo en la formación planetaria crea un giro en el estudio de los exoplanetas, porque actualmente no existe un método para determinar las propiedades magnéticas de una estrella a partir de observaciones desde la Tierra. Los científicos infieren la composición de un exoplaneta basándose en el espectro de luz que irradia su sol. Los diferentes elementos de una estrella emiten radiación en diferentes longitudes de onda, por lo que la medición de esas longitudes de onda revela de qué están hechos la estrella y, presumiblemente, los planetas que la rodean.

«No se puede simplemente decir: ‘Oh, la composición de una estrella ya es así, por lo que los planetas a su alrededor deben ser así'», dijo McDonough. «Ahora tienes que decir: ‘Cada planeta podría tener más o menos hierro según las propiedades magnéticas de la estrella al comienzo del crecimiento del sistema solar'».

Los próximos pasos en este trabajo serán que los científicos encuentren otro sistema planetario como el nuestro, uno con planetas rocosos esparcidos a grandes distancias de su sol central. Si la densidad de los planetas disminuye a medida que irradian desde el sol como lo hace en nuestro sistema solar, los investigadores pueden confirmar esta nueva teoría e inferir que un campo magnético influyó en la formación planetaria.

Referencia: «Composiciones de planetas terrestres controladas por el campo magnético del disco de acreción» por William F. McDonough y Takashi Yoshizaki, 2 de julio de 2021, Progreso en ciencia terrestre y planetaria.
DOI: 10.1186 / s40645-021-00429-4