¿Cómo, a partir del gas incandescente que rodea a una joven estrella, surgen los primeros materiales sólidos que originan los planetas? Esta transición, del gas al sólido, llamada "condensación", constituye una de las grandes cuestiones aún abiertas de la formación del Sistema Solar. Ocurrió hace 4.500 millones de años.
Un estudio publicado en la revista Nature por un equipo internacional liderado por el Instituto de Física del Globo de París (Institut de Physique du Globe de Paris/CNRS/Université Paris Cité), en colaboración con el Instituto de Mineralogía, Física de Materiales y Cosmología (IMPMC) (CNRS/MNHN/Sorbonne Université), el Institute of Geochemistry and Petrology (IGP) (ETH Zürich) y el Centro de Investigaciones Petrográficas y Geoquímicas (CRPG) (CNRS/Université de Lorraine), propone hoy una nueva perspectiva sobre este momento fundador.
Imagen de la protoestrella L1527, observada por el JWST. Un disco protoplanetario se está ensamblando.
@ Nasa Un enfriamiento repentino y extremo, motor de la diversidad de los materiales...
Durante décadas, los modelos describen la formación de los primeros minerales como un proceso de condensación lento, gobernado por el equilibrio químico: al enfriarse lentamente, el gas de la nebulosa solar habría dado lugar a ensamblajes minerales bien ordenados. Pero esta visión no logra dar cuenta de la diversidad de los meteoritos, esos fragmentos antiguos que testimonian las primeras etapas de la formación planetaria.
Los investigadores exploraron otra hipótesis. Mediante un nuevo modelo que describe la condensación del gas solar fuera del equilibrio, muestran que, en un entorno donde el calentamiento es fuerte y el enfriamiento es rápido, la materia no tiene tiempo de seguir las leyes del equilibrio termodinámico. Se congela en estados transitorios... así, minerales que no deberían aparecer en equilibrio emergen naturalmente fuera del equilibrio.
Este marco permite generar solo tres grandes tipos de ensamblajes mineralógicos, en concordancia con las tres grandes familias de meteoritos conocidas en el Sistema Solar. La diversidad de los materiales planetarios no resultaría entonces necesariamente de variaciones de composición a gran escala en la nebulosa solar, sino que podría explicarse, en gran parte, por condiciones locales de formación —en particular por la rapidez de los episodios de enfriamiento, lo que da testimonio de su formación en una nebulosa solar agitada por movimientos violentos y episodios de calentamiento intenso en los primeros cien mil años.
... Y de la incorporación temprana de oxígeno en los primeros sólidos
Estos resultados también aportan una nueva perspectiva sobre otra cuestión mayor: la del origen del oxígeno y del agua en los planetas terrestres. En los modelos clásicos, la formación de minerales oxidados o hidratados a partir de un gas de composición solar sigue siendo difícil de explicar sin recurrir a aportes externos.
Aquí, por el contrario, los investigadores muestran que durante un enfriamiento rápido, ciertos elementos permanecen disponibles a baja temperatura y pueden ser incorporados en los sólidos en formación. Este mecanismo ofrece así una vía natural para integrar oxígeno —y potencialmente agua— desde las primeras etapas de la formación de los materiales planetarios.
Las tres clases de condritas: las condritas de enstatita, las condritas ordinarias y las condritas carbonáceas: poseen ligeras diferencias de concentraciones de los elementos no volátiles más abundantes alrededor de la composición solar (Si, Mg, Al, Ca y Fe)
@ IPGP La imagen que se dibuja es la de una joven nebulosa solar lejos de ser tranquila. En lugar de un entorno homogéneo que evoluciona lentamente, aparece como un medio dinámico, salpicado de episodios de calentamiento intenso y enfriamientos rápidos. Las observaciones recientes de discos protoplanetarios, especialmente gracias al Telescopio Espacial James Webb, revelan además que estos fenómenos son frecuentes en los sistemas estelares en formación, reforzando así esta nueva interpretación.
Al reproducir tanto la diversidad mineralógica como los estados de oxidación de los meteoritos a partir de un gas inicial único, este trabajo propone un cambio de perspectiva importante. Sugiere que la composición de los planetas no depende únicamente de su posición en el disco protoplanetario, sino también de las condiciones físicas y dinámicas —en particular de los ritmos de calentamiento y enfriamiento— que presidieron la formación de sus primeros constituyentes.
Llevado a cabo por equipos del IPGP y sus socios, con el apoyo del CNRS, este estudio abre así una nueva vía para comprender las primeras etapas de la historia del Sistema Solar, y más ampliamente, las de la formación de los sistemas planetarios.
Fuente: IPGP