Una colisión entre dos planetas en formación podría ayudar, contra todo pronóstico, a conservar la atmósfera. Este resultado parece paradójico: un impacto de este tipo libera suficiente energía para calentar mucho las rocas y favorecer el escape de los gases al espacio.
Así lo demuestra un estudio publicado en Nature Astronomy por Darius Modirrousta-Galian, de la Universidad Jiao Tong de Shanghái, y Jun Korenaga, de la Universidad Yale.
Representación artística de una colisión entre dos cuerpos rocosos, uno del tamaño de la Luna y otro del tamaño de Mercurio, en el joven sistema de la estrella HD 172555.
Crédito: NASA/JPL-Caltech.
Alrededor de una estrella joven, el polvo y las rocas se ensamblan progresivamente. Algunos de estos cuerpos terminan colisionando y fusionándose. Durante este periodo, un planeta también puede captar una envoltura de gas, compuesta principalmente de hidrógeno y helio, procedente del disco que todavía rodea a su estrella. Es lo que se denomina una atmósfera primordial, muy diferente del aire que respiramos en la Tierra.
¿Por qué un impacto no expulsa necesariamente los gases?
Durante una colisión importante intervienen dos efectos opuestos. Por un lado, el impacto libera una cantidad considerable de energía. Las capas rocosas del planeta se calientan y pueden transmitir su calor a la atmósfera. Los gases se expanden entonces, lo que facilita su escape al espacio.
Por otro lado, el planeta gana materia al absorber el objeto que lo golpeó. Su masa aumenta y resulta más difícil que los gases escapen a su atracción gravitatoria.
Los investigadores modelizaron la evolución de un planeta rocoso después de un impacto gigante, teniendo en cuenta estos dos efectos. Su conclusión: toda la masa añadida contribuye a retener mejor la atmósfera, pero no toda la energía del impacto sirve para calentar las rocas que se encuentran debajo de ella.
Una parte de esta energía se consume para fundir las rocas del manto, la capa situada entre la superficie y el núcleo. Esta fusión requiere energía sin traducirse por completo en un aumento de temperatura. Además, el núcleo metálico del objeto que impacta puede hundirse en el planeta y permanecer extremadamente caliente en las profundidades, sin transmitir de inmediato la mayor parte de su calor al manto.
En las condiciones estudiadas, el aumento de la gravedad puede, por tanto, imponerse al calentamiento que favorece la pérdida de los gases.
Una pista para explicar dos grandes familias de exoplanetas
Este descubrimiento teórico podría explicar una peculiaridad de los planetas observados alrededor de otras estrellas. Los astrónomos detectan numerosas supertierras, planetas más masivos que la Tierra, y subneptunos, generalmente más grandes y rodeados de una gruesa envoltura gaseosa.
Según el escenario propuesto, los planetas que crecen como consecuencia de colisiones importantes podrían conservar más fácilmente una envoltura rica en hidrógeno y convertirse en subneptunos. Por el contrario, los planetas rocosos que permanecieran más pequeños podrían perder sus gases primitivos bajo el efecto prolongado de la radiación de su estrella, especialmente de sus emisiones más energéticas.
El modelo predice así que los subneptunos poseen, en promedio, interiores rocosos más masivos que las supertierras. Esta diferencia no estaría relacionada únicamente con la presencia o ausencia de gases, sino también con la historia de las colisiones que dieron forma a estos mundos.
No obstante, se trata de una explicación basada en cálculos teóricos. Las mediciones de la masa y el radio de los exoplanetas podrán ayudar a comprobar las diferencias de estructura previstas por los investigadores.