Júpiter contiene hasta un 9% de rocas y minerales, lo que significa que comió muchos planetas en su juventud.

Júpiter está compuesto casi en su totalidad por hidrógeno y helio. Sus cantidades respectivas corresponden estrechamente a las cantidades teóricas en la nebulosa solar primordial. Pero también contiene otros elementos más pesados, que los astrónomos llaman metales. Aunque los minerales son una pequeña parte de Júpiter, su presencia y distribución dice mucho a los astrónomos.

Según un nuevo estudio, el contenido mineral y su distribución en Júpiter significa que el planeta comió muchos planetas jóvenes rocosos en su juventud.

Desde que la nave espacial Juno de la NASA llegó a Júpiter en julio de 2016 y comenzó a recopilar datos detallados, ha cambiado nuestra comprensión de la formación y evolución de Júpiter. Una de las características de la misión es Gravedad una herramienta. Envía señales de radio de ida y vuelta entre Juno y red del espacio profundo en la tierra. El proceso mide el campo gravitacional de Júpiter y les dice a los investigadores más sobre la formación del planeta.

Cuando se formó Júpiter, comenzó a acumular material rocoso. Esto fue seguido por un período de rápida acumulación gaseosa de la nebulosa solar, y después de 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. ¿Recolectaste grupos de roca más grandes como planetas menores? ¿O acumuló una sustancia del tamaño de un guijarro? Según la respuesta, Júpiter se formó en diferentes escalas de tiempo.

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La nave espacial Juno de la NASA capturó esta vista de Júpiter durante el Paso Cercano 40 de la misión cerca 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 ha comenzado a responder a esta pregunta. Título: «Júpiter» envolvente heterogéneay publicado en el Journal of Astronomy and Astrophysics.La autora principal es Yamila Miguel, profesora asistente de astrofísica en Observatorio de Leiden & Instituto Holandés de Investigación Espacial.

Gracias a la nave espacial Juno, estamos cada vez más acostumbrados a las magníficas imágenes de Júpiter. JunoCam. Pero lo que vemos es sólo superficial. Todas esas encantadoras imágenes de nubes y tormentas son solo los 50 kilómetros exteriores (31 millas) de la atmósfera del planeta. La clave para la formación y evolución de Júpiter está enterrada en lo profundo de la atmósfera del planeta, que tiene decenas de miles de kilómetros de profundidad.

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

Es ampliamente aceptado que Júpiter es el planeta más antiguo del sistema solar. Pero los científicos quieren saber cuánto tiempo tomó la formación. Los autores del artículo querían encontrar minerales en la atmósfera del planeta utilizando el Experimento científico gravitacional de Juno. La presencia y distribución de guijarros en la atmósfera del planeta juega un papel clave en la comprensión de la formación de Júpiter, y el experimento científico de gravedad midió la dispersión de guijarros en toda la atmósfera. Antes de Juno y su experimento de ciencia gravitacional, no había datos precisos sobre los armónicos gravitatorios de Júpiter.

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

Con los datos disponibles, el equipo construyó modelos de la dinámica interna de Júpiter. «En este documento, compilamos el conjunto más completo y diverso de modelos internos de Júpiter hasta la fecha y los usamos para estudiar la distribución de elementos pesados ​​en la atmósfera del planeta», escribieron.

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El equipo creó dos conjuntos de modelos. El primer grupo son modelos de tres capas y el segundo son modelos con un núcleo reducido.

Los investigadores crearon dos tipos distintos de modelos de Júpiter. Los modelos de 3 capas tienen regiones más distintas, con un núcleo interno de minerales, una región intermedia dominada por hidrógeno metálico y una capa externa dominada por hidrógeno molecular (H2.) a un corazón reducido.

«Hay dos mecanismos para que un gigante gaseoso como Júpiter obtenga minerales durante su formación: a través de la acumulación de pequeños guijarros o grandes planetas menores», dijo el autor principal Miguel. «Sabemos que una vez que un planeta pequeño crece lo suficiente, comienza a expulsar guijarros. La riqueza mineral dentro de Júpiter que vemos ahora sería imposible de lograr antes de eso. Así que podemos descartar el escenario usando solo guijarros como sólido durante la formación de Júpiter». Los planetas pequeños son más grandes que Ser prohibido, por lo que debe haber jugado un papel”.

La abundancia de minerales en el interior de Júpiter disminuye con la distancia al centro. Esto indica una falta de convección en la atmósfera profunda del planeta, que los científicos pensaban que existía. «Antes pensábamos que Júpiter tenía una transferencia de calor, como el agua hirviendo, lo que hace que esté bastante mezclado», dijo Miguel. «Pero nuestros hallazgos parecen diferentes».

«Demostramos contundentemente que las abundancias del elemento pesado no son homogéneas en la envoltura de Júpiter», escribieron los autores en su artículo. «Nuestros resultados indican que Júpiter continuó acumulando elementos pesados ​​en grandes cantidades mientras su atmósfera de hidrógeno y helio crecía, contrariamente a las predicciones basadas en la masa de guijarros secuestrados en su forma más simple, prefiriendo modelos basados ​​en la Tierra o modelos híbridos más complejos. «

Vista artística de un protoplaneta formándose dentro de un disco de acreción de protoestrellas Crédito: ESO/L. Calsada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/
Vista artística de un protoplaneta formándose dentro de un disco de acreción de protoestrellas Crédito: ESO/L. Calsada http://www.eso.org/public/images/eso1310a/

Los autores también concluyeron que Júpiter no se mezcló con la convección después de su formación, incluso cuando aún era joven y caliente.

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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 de un exoplaneta: la envoltura heterogénea indica que la metalicidad observada es la metalicidad mínima de la masa metálica del planeta».

En el caso de Júpiter, no había forma de determinar su metalicidad a distancia. Solo cuando llegó Juno, los científicos pudieron medir la metalicidad indirectamente. «Por lo tanto, los elementos metálicos inferidos de observaciones atmosféricas distantes en exoplanetas pueden no representar la masa mineral del planeta».

Cuando el Telescopio Espacial James Webb inicia 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 que proporciona Webb no capturen lo que sucede en las capas profundas de los planetas gigantes gaseosos.

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