Júpiter tiene hasta un 9% de roca y metallic, lo que significa que se comió muchos planetas en su juventud.

Júpiter está compuesto casi en su totalidad por hidrógeno y helio. Las cantidades de cada uno coinciden estrechamente con las cantidades teóricas en la nebulosa photo voltaic primordial. Pero también contiene otros elementos más pesados, que los astrónomos llaman metales. Aunque los metales son un pequeño componente de Júpiter, su presencia y distribución les cube mucho a los astrónomos.

El contenido y la distribución de metales de Júpiter significa que el planeta comió muchos planetesimales rocosos en su juventud, según un nuevo estudio.

Desde que la nave espacial Juno de la NASA llegó a Júpiter en julio de 2016 y comenzó a recopilar datos detallados, ha transformado nuestra comprensión de la formación y evolución de Júpiter. El instrumento Gravity Science es una de las características de la misión. Envía señales de radio de ida y vuelta entre Juno y la Pink del Espacio Profundo en la Tierra. El proceso mide el campo gravitatorio de Júpiter y les cube a los investigadores más sobre la composición del planeta.

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Cuando se formó Júpiter, comenzó acrecentando materials rocoso. Siguió un período de rápida acumulación de fuel de nebulosa photo voltaic, y después de varios millones de años, Júpiter se convirtió en el gigante que es hoy. Pero hay una pregunta importante con respecto al período inicial de acumulación de rocas. ¿Acrecentó masas rocosas más grandes como los planetesimales? ¿O ha acumulado materiales del tamaño de un guijarro? Según la respuesta, Júpiter se formó en diferentes escalas de tiempo.

La nave espacial Juno de la NASA capturó esta vista de Júpiter durante el paso cercano número 40 del planeta gigante el 25 de febrero de 2022. La gran sombra oscura en el lado izquierdo de la imagen fue proyectada por la luna de Júpiter, Ganímedes. Datos de imagen: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS Procesamiento de imágenes por Thomas Thomopoulos

Un nuevo estudio intentó responder a esa pregunta. Se llama «La envoltura no homogénea de Júpiter» y se publica en la revista Astronomy and Astrophysics. La autora principal es Yamila Miguel, profesora asistente de astrofísica en el Observatorio de Leiden y el Instituto Holandés de Investigación Espacial.

Cada vez nos estamos acostumbrando más a las bellas imágenes de Júpiter gracias a la JunoCam de la nave espacial Juno. Pero lo que vemos es sólo superficial. Todas estas imágenes inquietantes de nubes y tormentas son solo la delgada capa exterior de 50 km (31 millas) de la atmósfera del planeta. La clave de la formación y evolución de Júpiter está enterrada en las profundidades de la atmósfera del planeta, que se encuentra a decenas de miles de kilómetros de profundidad.

La misión Juno nos está ayudando a comprender mejor el misterioso interior de Júpiter.  Imagen: Por Kelvinsong - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016
La misión Juno nos está ayudando a comprender mejor el misterioso inside de Júpiter. Imagen: Por Kelvinsong – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31764016

Se cree ampliamente que Júpiter es el planeta más antiguo del sistema photo voltaic. Pero los científicos quieren saber cuánto tiempo tardó en formarse. Los autores del artículo querían investigar los metales en la atmósfera del planeta utilizando el experimento Gravity Science de Juno. La presencia y distribución de guijarros en la atmósfera del planeta juega un papel central en la comprensión de la formación de Júpiter, y el experimento Gravity Science midió la dispersión de guijarros en toda la atmósfera. Antes de Juno y su experimento Gravity Science, no había datos precisos sobre los armónicos de gravedad de Júpiter.

Los investigadores han descubierto que la atmósfera de Júpiter no es tan homogénea como se pensaba anteriormente. Hay más metales cerca del centro del planeta que en las otras capas. En whole, los metales suman entre 11 y 30 masas terrestres.

Con los datos disponibles, el equipo construyó modelos de la dinámica interna de Júpiter. «En este documento, reunimos la colección más completa y diversa de modelos interiores de Júpiter hasta la fecha y la usamos para estudiar la distribución de elementos pesados ​​en la envoltura planetaria», escriben.

El equipo creó dos conjuntos de modelos. El primer conjunto consta de modelos de Three capas y el segundo de modelos de núcleo diluido.

Los investigadores crearon dos tipos de modelos contrastantes de Júpiter. Los modelos de Three capas contienen regiones más distintas, con un núcleo interno de metales, una región intermedia dominada por hidrógeno metálico y una capa externa dominada por hidrógeno molecular (H2). En los modelos de núcleo diluido, los metales del núcleo interno se mezclan en la región media, resultando en un núcleo diluido.

«Hay dos mecanismos por los cuales un gigante gaseoso como Júpiter adquiere metales durante su formación: a través de la acumulación de pequeños guijarros o planetesimales más grandes», dijo el autor principal Miguel. «Sabemos que una vez que un planeta pequeño crece lo suficiente, comienza a empujar guijarros. La riqueza de metales dentro de Júpiter que vemos ahora es imposible de lograr antes de eso. Cuando Júpiter se formó solo guijarros como sólidos. Los planetsimales son demasiado grandes para bloquearlos, así que deben haber jugado un papel.

La abundancia de metales dentro de Júpiter disminuye a medida que uno se aleja del centro. Esto significa una falta de convección en la atmósfera profunda del planeta, que los científicos pensaron que estaba presente. “Anteriormente, pensábamos que Júpiter tenía convección, como agua hirviendo, lo que lo hacía completamente mezclado”, dijo Miguel. «Pero nuestro descubrimiento muestra algo diferente».

«Demostramos fuertemente que la abundancia de elementos pesados ​​no es homogénea en la envoltura de Júpiter», escriben los autores en su artículo. «Nuestros resultados implican que Júpiter continuó acumulando elementos pesados ​​en grandes cantidades a medida que se expandía su envoltura de hidrógeno y helio, contrariamente a las predicciones basadas en la masa de aislamiento de guijarros en su encarnación más easy, favoreciendo en cambio modelos híbridos basados ​​en planetesimales o más complejos».

Representación artística de un protoplaneta formándose en el disco de acreción de una protoestrella Crédito: ESO/L.  Calzada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/
Representación artística de un protoplaneta formándose en el disco de acreción de una protoestrella Crédito: ESO/L. Calzada http://www.eso.org/public/pictures/eso1310a/

Los autores también concluyen que Júpiter no se mezcló por convección después de su formación, incluso cuando aún period joven y caliente.

Los hallazgos del equipo también se extienden al estudio de los exoplanetas gaseosos y los esfuerzos para determinar su metalicidad. «Nuestro resultado… proporciona un ejemplo básico para los exoplanetas: una envoltura no homogénea implica que la metalicidad observada es un límite inferior en la metalicidad normal del planeta».

En el caso de Júpiter, no había forma de determinar su metalicidad a distancia. No fue hasta la llegada de Juno que los científicos pudieron medir indirectamente la metalicidad. «Por lo tanto, las metalicidades deducidas de observaciones atmosféricas remotas en exoplanetas podrían no representar la metalicidad normal del planeta».

Cuando el Telescopio Espacial James Webb inicia sus operaciones científicas, una de sus tareas es medir las atmósferas de los exoplanetas y determinar su composición. Como muestra este trabajo, es posible que los datos proporcionados por Webb no capturen lo que sucede en las capas profundas de los planetas gigantes gaseosos.

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