Desde tiempos inmemoriales, los humanos han estado buscando la respuesta de cómo surgió el Universo. Sin embargo, solo en los últimos siglos, con la Revolución Científica, las teorías predominantes han sido de naturaleza empírica. Fue durante este tiempo, entre los siglos XVI y XVIII, cuando los astrónomos y físicos comenzaron a formular explicaciones basadas en la evidencia de cómo comenzaron nuestro Sol, los planetas y el Universo.
Cuando se trata de la formación de nuestro Sistema Solar, la visión más ampliamente aceptada se conoce como la Hipótesis Nebular. En esencia, esta teoría establece que el Sol, los planetas y todos los demás objetos del Sistema Solar se formaron a partir de material nebuloso hace miles de millones de años. Originalmente propuesta para explicar el origen del Sistema Solar, esta teoría se ha convertido en una visión ampliamente aceptada de cómo surgieron todos los sistemas estelares.
Hipótesis Nebular:
Según esta teoría, el Sol y todos los planetas de nuestro Sistema Solar comenzaron como una nube gigante de gas y polvo molecular. Luego, hace unos 4.570 millones de años, sucedió algo que hizo que la nube se derrumbara. Esto podría haber sido el resultado de una estrella que pasa, o las ondas de choque de una supernova, pero el resultado final fue un colapso gravitacional en el centro de la nube.
A partir de este colapso, bolsas de polvo y gas comenzaron a acumularse en regiones más densas. A medida que las regiones más densas arrastraban más y más materia, la conservación del impulso hizo que comenzara a girar, mientras que el aumento de la presión hizo que se calentara. La mayor parte del material terminó en una bola en el centro, mientras que el resto de la materia se aplanó en un disco que lo rodeaba. Mientras que la bola en el centro formaba el Sol, el resto del material se formaría en el disco protoplanetario.
Los planetas se formaron por la acumulación de este disco, en el que el polvo y el gas gravitaban juntos y se unían para formar cuerpos cada vez más grandes. Debido a sus puntos de ebullición más altos, solo podrían existir metales y silicatos en forma sólida más cerca del Sol, y estos eventualmente formarían los planetas terrestres de Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Debido a que los elementos metálicos solo comprendían una fracción muy pequeña de la nebulosa solar, los planetas terrestres no podían crecer demasiado.
En contraste, los planetas gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) se formaron más allá del punto entre las órbitas de Marte y Júpiter, donde el material es lo suficientemente frío como para que los compuestos helados volátiles permanezcan sólidos (es decir, la Línea de Escarcha). Los hielos que formaron estos planetas eran más abundantes que los metales y silicatos que formaron los planetas interiores terrestres, lo que les permitió crecer lo suficientemente masivo como para capturar grandes atmósferas de hidrógeno y helio. Los restos sobrantes que nunca se convirtieron en planetas se congregaron en regiones como el Cinturón de Asteroides, el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort.
En 50 millones de años, la presión y la densidad del hidrógeno en el centro de la estrella protógena se volvieron lo suficientemente grandes como para comenzar la fusión termonuclear. La temperatura, la velocidad de reacción, la presión y la densidad aumentaron hasta que se logró el equilibrio hidrostático. En este punto, el Sol se convirtió en una estrella de secuencia principal. El viento solar del Sol creó la heliosfera y barrió el gas y el polvo restantes del disco protoplanetario hacia el espacio interestelar, terminando el proceso de formación planetaria.
Historia de la hipótesis nebular:
La idea de que el Sistema Solar se originó a partir de una nebulosa fue propuesta por primera vez en 1734 por el científico y teólogo sueco Emanual Swedenborg. Immanuel Kant, que estaba familiarizado con el trabajo de Swedenborg, desarrolló la teoría aún más y la publicó en su Historia natural universal y teoría de los cielos(1755). En este tratado, argumentó que las nubes gaseosas (nebulosas) giran lentamente, colapsando y aplastando gradualmente debido a la gravedad y formando estrellas y planetas.
Pierre-Simon Laplace propuso un modelo similar pero más pequeño y más detallado en su tratado Exposition du system du monde (Exposición del sistema del mundo), que lanzó en 1796. Laplace teorizó que el Sol originalmente tenía una atmósfera caliente extendida en todo el Sistema Solar, y que esta "nube protostar" se enfrió y contrajo. A medida que la nube giraba más rápidamente, arrojaba material que finalmente se condensaba para formar los planetas.
El modelo nebular laplaciano fue ampliamente aceptado durante el siglo XIX, pero tuvo algunas dificultades bastante pronunciadas. El problema principal era la distribución del momento angular entre el Sol y los planetas, que el modelo nebular no podía explicar. Además, el científico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879) afirmó que las diferentes velocidades de rotación entre las partes interna y externa de un anillo no podían permitir la condensación del material.
También fue rechazado por el astrónomo Sir David Brewster (1781-1868), quien declaró que:
"Los que creen en la Teoría Nebular consideran que es seguro que nuestra Tierra deriva su materia sólida y su atmósfera de un anillo lanzado desde la atmósfera solar, que luego se contrajo en una esfera sólida y terrosa, de la cual la Luna fue arrojada por el mismo proceso ... [Bajo tal vista] la Luna necesariamente debe haber arrastrado agua y aire de las partes acuosas y aéreas de la Tierra y debe tener una atmósfera ".
A principios del siglo XX, el modelo laplaciano había caído en desgracia, lo que llevó a los científicos a buscar nuevas teorías. Sin embargo, no fue hasta la década de 1970 que surgió la variante moderna y más ampliamente aceptada de la hipótesis nebular: el modelo de disco solar nebular (SNDM). El crédito por esto es para el astrónomo soviético Victor Safronov y su libro. Evolución de la nube protoplanetaria y formación de la Tierra y los planetas. (1972). En este libro, se formularon casi todos los problemas principales del proceso de formación planetaria y muchos se resolvieron.
Por ejemplo, el modelo SNDM ha tenido éxito al explicar la aparición de discos de acreción alrededor de objetos estelares jóvenes. Diversas simulaciones también han demostrado que la acumulación de material en estos discos conduce a la formación de unos pocos cuerpos del tamaño de la Tierra. Por lo tanto, el origen de los planetas terrestres ahora se considera un problema casi resuelto.
Aunque originalmente se aplicó solo al Sistema Solar, los teóricos pensaron que el SNDM estaba trabajando en todo el Universo, y se ha utilizado para explicar la formación de muchos de los exoplanetas que se han descubierto en toda nuestra galaxia.
Problemas:
Aunque la teoría nebular es ampliamente aceptada, todavía hay problemas con ella que los astrónomos no han podido resolver. Por ejemplo, existe el problema de los ejes inclinados. Según la teoría nebular, todos los planetas alrededor de una estrella deben inclinarse de la misma manera en relación con la eclíptica. Pero como hemos aprendido, los planetas interiores y los planetas exteriores tienen inclinaciones axiales radicalmente diferentes.
Mientras que los planetas interiores oscilan desde una inclinación de casi 0 grados, otros (como la Tierra y Marte) están inclinados significativamente (23.4 ° y 25 °, respectivamente), los planetas exteriores tienen inclinaciones que van desde la inclinación menor de Júpiter de 3.13 °, hasta Saturno y Neptuno más inclinaciones pronunciadas (26.73 ° y 28.32 °), hasta la inclinación extrema de Urano de 97.77 °, en la cual sus polos están constantemente orientados hacia el Sol.
Además, el estudio de los planetas extrasolares ha permitido a los científicos notar irregularidades que ponen en duda la hipótesis nebular. Algunas de estas irregularidades tienen que ver con la existencia de "Júpiter calientes" que orbitan cerca de sus estrellas con períodos de solo unos pocos días. Los astrónomos han ajustado la hipótesis nebular para dar cuenta de algunos de estos problemas, pero aún no han abordado todas las preguntas periféricas.
Por desgracia, parece que las preguntas que tienen que ver con los orígenes son las más difíciles de responder. Justo cuando pensamos que tenemos una explicación satisfactoria, quedan esos problemas problemáticos que simplemente no pueden explicar. Sin embargo, entre nuestros modelos actuales de formación de estrellas y planetas, y el nacimiento de nuestro Universo, hemos recorrido un largo camino. A medida que aprendamos más sobre los sistemas estelares vecinos y exploremos más del cosmos, es probable que nuestros modelos maduren aún más.
Hemos escrito muchos artículos sobre el Sistema Solar aquí en la revista Space. Aquí está el Sistema Solar, ¿Comenzó nuestro Sistema Solar con un pequeño golpe ?, y ¿Qué había aquí antes del Sistema Solar?
Para obtener más información, asegúrese de verificar el origen del Sistema Solar y cómo se formaron el Sol y los planetas.
Astronomy Cast también tiene un episodio sobre el tema: Episodio 12: ¿De dónde vienen las estrellas bebés?
