Una inusual pareja de asteroides revela evidencias de una temprana sacudida planetaria

El científico de SwRI estudió el asteroide binario Patroclus-Menoetius, mostrado en la concepción de este artista, para determinar que una sacudida de los planetas gigantes probablemente ocurrió al principio de la historia del sistema solar, en los primeros 100 millones de años. Crédito: W.M. Keck Observatory/Lynette Cook.

Científicos del Southwest Research Institute estudiaron una pareja inusual de asteroides y descubrieron que su existencia apunta a una reorganización planetaria temprana en nuestro sistema solar. 

Estos cuerpos, llamados Patroclus y Menoetius, son objetivos de la próxima misión Lucy de la NASA. Tienen alrededor de 110 kilómetros de ancho y orbitan entre sí mientras giran colectivamente alrededor del Sol. Son el único binario grande que se tiene constancia en la población de cuerpos antiguos conocidos como los asteroides troyanos. Los dos enjambres de troyanos orbitan a aproximadamente la misma distancia del Sol que Júpiter, un enjambre orbitando por delante y el otro por detrás del gigante gaseoso. 

Los troyanos de Júpiter delante y detrás de Júpiter a lo largo de su camino orbital, el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter, y los asteroides Hilda. Wikipedia.

"Los troyanos probablemente fueron capturados durante un período dramático de inestabilidad dinámica cuando se produjo una escaramuza entre los planetas gigantes del sistema solar, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno", dijo el Dr. David Nesvorny, científico del Instituto SwRI. Él es el autor principal del artículo, "Evidencia de la migración muy temprana de los planetas del sistema solar del troyano Binario Júpiter de Patroclus-Menoetius", publicado en Nature Astronomy. Esta sacudida empujó a Urano y Neptuno hacia afuera, donde se encontraron con una gran población primordial de pequeños cuerpos que se cree que son la fuente de los objetos del Cinturón de Kuiper de la actualidad, que orbitan en el borde del sistema solar. "Muchos cuerpos pequeños de este Cinturón de Kuiper primordial se dispersaron hacia adentro, y algunos de ellos quedaron atrapados como asteroides troyanos". 

Concepción artística de un objeto del Cinturón de Kuiper. Crédito: ASA, ESA, and G. Bacon (STScI).

Sin embargo, una cuestión clave con este modelo de evolución del sistema solar ha sido cuando tuvo lugar. En este trabajo, los científicos demuestran que la existencia misma del par Patroclus-Menoetius indica que la inestabilidad dinámica entre los planetas gigantes debe haber ocurrido dentro de los primeros 100 millones de años de la formación del sistema solar. 

Los modelos recientes de formación de cuerpos pequeños sugieren que estos tipos de binarios son restos de los primeros tiempos de nuestro sistema solar, cuando pares de pequeños cuerpos se podían formar directamente a partir de una nube colapsante de "guijarros". 

"Las observaciones del cinturón de Kuiper de hoy muestran que los binarios como estos eran bastante comunes en la antigüedad", dijo el Dr. William Bottke, director del Departamento de Estudios Espaciales de SwRI, quien fue coautor del artículo. "Solo unos pocos de ellos ahora existen dentro de la órbita de Neptuno. La pregunta es cómo interpretar a los sobrevivientes ". 

SwRI estudió el único binario grande conocido en la población de cuerpos antiguos conocidos como los asteroides troyanos, ilustrados aquí, que encuentran evidencia de una sacudida planetaria temprana en el sistema solar. Los dos enjambres de troyanos orbitan a aproximadamente la misma distancia del Sol que Júpiter, un enjambre orbitando por delante y el otro por detrás, el gigante gaseoso. Crédito: NASA/JPL-Caltech..

Si la inestabilidad se hubiera retrasado cientos de millones de años, como sugieren algunos modelos de evolución del sistema solar, las colisiones dentro del disco primordial de cuerpo pequeño habrían interrumpido estos binarios relativamente frágiles, sin dejar ninguno capturado en la población troyana. Las inestabilidades dinámicas anteriores habrían dejado más binarios intactos, lo que aumentaría la probabilidad de que al menos uno hubiera sido capturado en la población troyana. El equipo creó nuevos modelos que muestran que la existencia del binario Patroclus-Menoetius indica una inestabilidad anterior. 

Este temprano modelo de inestabilidad dinámica tiene importantes consecuencias para los planetas terrestres, particularmente en lo que respecta al origen de los grandes cráteres de impacto en la Luna, Mercurio y Marte que se formaron hace aproximadamente 4 mil millones de años. Es menos probable que los impactadores que hicieron estos cráteres hayan sido arrojados desde las regiones exteriores del Sistema Solar. Esto podría implicar que fueron hechos por restos de pequeños cuerpos del proceso de formación del planeta terrestre. 

Este GIF animado muestra cómo el par de Patroclus-Menoetius orbita alrededor del otro mientras giran alrededor del Sol en tándem con Júpiter. Los científicos de SwRI postulan que una sacudida gigante del planeta debe haber ocurrido al principio de la historia del sistema solar, porque el binario quedó atrapado intacto por los enjambres de asteroides troyanos. Crédit: Durda/Marchi/SwRI.

Este trabajo subraya la importancia de los asteroides troyanos para iluminar la historia de nuestro sistema solar. Mucho más se aprenderá acerca de la pareja bianria Patroclo-Menoetius cuando la misión de la NASA Lucy, dirigido por SwRI científico y co-autor de la publicación el Dr. Hal Levison, cuando se investigue la pareja en 2033, culminando una misión de 12 años para recorrer los dos enjambres de Troyanos. 

El Instituto Virtual de Investigación de Exploración del Sistema Solar de la NASA (SSERVI) y los programas de Mundos Emergentes, así como la Fundación Científica Checa, financiaron este trabajo. Los investigadores de SwRI son parte de 13 equipos dentro de SSERVI, basados ​​y administrados en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. SSERVI está financiado por la Dirección de Misión Científica y la Dirección de Misión de Exploración y Operaciones Humanas en la Sede de la NASA en Washington. Lucy es una misión de la clase Discovery que abordará cuestiones científicas clave sobre el sistema solar. El Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, proporcionará una gestión general de la misión, y Lockheed Martin Space Systems en Denver construirá la nave espacial. Las misiones de descubrimiento son supervisadas por la Oficina del Programa de Misiones Planetarias en el Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama.

Imágenes del Telescopio Keck de Patroclus y su compañero algo más pequeño, Menoetius. (Crédito: F. Marchis et al., Nature)

Publicación: David Nesvorný, et al., "Evidencia de la migración muy temprana de los planetas del Sistema Solar del troyano binario Júpiter Patroclus-Menoetius", Nature Astronomy (2018)

Fuente: Southwest Research Institute, Wikipedia,