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| Los planetas tienen que estar dentro de un rango de masa limitado para tener lunas |
La luna terrestre es de vital importancia para que la Tierra sea el planeta que conocemos hoy: La luna controla la duración del día y las mareas oceánicas, que afectan a los ciclos biológicos de las formas de vida en nuestro planeta. La luna también contribuye al clima de la Tierra al estabilizar el eje de rotación de la Tierra, ofreciendo un entorno ideal para que la vida se desarrolle y evolucione.
Como la luna es tan importante para la vida en la Tierra, los científicos conjeturan que la luna puede ser una característica potencialmente beneficiosa para albergar vida en otros planetas. La mayoría de los planetas tienen lunas, pero la luna de la Tierra se distingue por ser grande en comparación con el tamaño de la Tierra; el radio de la luna es mayor que una cuarta parte del radio de la Tierra, una proporción mucho mayor que la de la mayoría de las lunas con respecto a sus planetas.
Miki Nakajima, profesora adjunta de Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente en la Universidad de Rochester, considera que esta distinción es significativa. Y en un nuevo estudio dirigido por ella, publicado en Nature Communications, ella y sus colegas del Instituto de Tecnología de Tokio y de la Universidad de Arizona examinan las formaciones lunares y concluyen que sólo ciertos tipos de planetas pueden formar lunas de gran tamaño respecto a sus planetas anfitriones.
"Al comprender las formaciones lunares, tenemos una mejor restricción sobre lo que debemos buscar cuando buscamos planetas similares a la Tierra", dice Nakajima. "Esperamos que haya exolunas [lunas que orbitan planetas fuera de nuestro sistema solar] en todas partes, pero hasta ahora no hemos confirmado ninguna. Nuestras limitaciones serán útiles para futuras observaciones".
El origen de la luna de la Tierra
Muchos científicos han creído históricamente que la gran luna de la Tierra se generó por una colisión entre la proto-Tierra -la Tierra en sus primeras etapas de desarrollo- y un gran impactador del tamaño de Marte, hace aproximadamente 4.500 millones de años. La colisión dio lugar a la formación de un disco parcialmente vaporizado alrededor de la Tierra, que finalmente se convirtió en la luna.
Para averiguar si otros planetas pueden formar lunas de tamaño similar, Nakajima y sus colegas realizaron simulaciones de impacto en el ordenador, con una serie de hipotéticos planetas rocosos similares a la Tierra y planetas helados de masas variables. Esperaban identificar si los impactos simulados darían lugar a discos parcialmente vaporizados, como el disco que formó la luna de la Tierra.
Los investigadores descubrieron que los planetas rocosos de más de seis veces la masa de la Tierra (6M) y los planetas helados de más de una masa terrestre (1M) producen discos totalmente vaporizados en lugar de parcialmente vaporizados, y estos discos totalmente vaporizados no son capaces de formar lunas fraccionarias.
"Descubrimos que si el planeta es muy masivo, estos impactos producen discos completamente vaporizados porque los impactos entre planetas masivos suelen ser más energéticos que los que se producen entre planetas pequeños", afirma Nakajima.
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| Las predicciones sobre la formación de lunas son coherentes con los cuerpos del sistema solar. No hay supertierras en el sistema solar. (Crédito de la imagen: Nakajima et al) |
Después de un impacto que da lugar a un disco vaporizado, con el tiempo, el disco se enfría y surgen lunas líquidas, que son los componentes de la luna. En un disco totalmente vaporizado, los Moonlets ("Lunas menores") que crecen en el disco experimentan un fuerte arrastre de gas por el vapor, cayendo sobre el planeta muy rápidamente. Por el contrario, si el disco está sólo parcialmente vaporizado, los moonlets no sienten ese fuerte arrastre de gas.
"Como resultado, concluimos que un disco completamente vaporizado no es capaz de formar lunas fraccionadamente grandes", dice Nakajima. "Las masas planetarias tienen que ser más pequeñas que los umbrales que identificamos para producir tales lunas".
Las limitaciones esbozadas por Nakajima y sus colegas son importantes para los astrónomos que investigan nuestro universo; los investigadores han detectado miles de exoplanetas y posibles exolunas, pero aún no han detectado definitivamente una luna orbitando un planeta fuera de nuestro sistema solar.
Esta investigación puede darles una mejor idea de dónde buscar.
Como dice Nakajima, "la búsqueda de exoplanetas se ha centrado normalmente en planetas de más de seis masas terrestres. Nosotros proponemos que, en lugar de eso, nos fijemos en planetas más pequeños porque probablemente sean mejores candidatos para albergar lunas fraccionadamente grandes."
Fuentes, créditos y referencias:
Miki Nakajima et al, Large planets may not form fractionally large moons, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-28063-8
Fuente: Universidad de Rochester