Lluvia de helio en el interior de los planetas jovianos

Lluvia de helio
Conforme se enfrían Júpiter y Saturno, el interior de los planetas se aproxima a temperaturas donde el hidrógeno y el helio ya no se mezclan. Este proceso, que es probable que ya haya tenido lugar en Saturno, podría llevar a la formación de gotitas de helio que podrían “llover” hacia el centro del planeta y proporcionar una fuente de calor adicional. Ilustración de Jonathan DuBois

Los modelos de cómo se formaron Saturno y Júpiter pueden tomar pronto una visión distinta.

Determinando las propiedades de las mezclas de hidrógeno-helio a las millones de atmósferas de presión en el interior de Saturno y Júpiter, físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han determinado la temperatura a una presión dada cuando el helio se hace insoluble en el denso hidrógeno metálico. Los resultados son directamente relevantes para los modelos de la estructura interior y evolución de los planetas jovianos.

El hidrógeno y el helio son dos de los elementos más comunes y ligeros del universo. Debido a su ubicua naturaleza, son críticos en la nucleosíntesis cosmológica y son elementos esenciales de estrellas y planetas gigantes. El hidrógeno por sí mismo proporciona en el universo observable pistas para el origen y estructura a gran escala de las galaxias.

No obstante, los científicos han tenido problemas para determinar qué condiciones se necesitan para que se mezclen ambos elementos.

Usando simulaciones de dinámica molecular de primer principio, Miguel Morales, miembro graduado de Administración científica del Departamento de energía del grupo de David Ceperley en la Universidad de Illinois trabajó junto con Eric Schwegler del LLNL, Sebastien Hamel, Kyle Caspersen y Carlo Pierleoni de la Universidad de L’Aquila en Italia para determinar la ecuación del estado del sistema de hidrógeno-helio a temperaturas extremadamente altas (4000 – 10 000 grados Kelvin), similar a lo que se encontraría en el interior de Saturno y Júpiter.

El equipo usó las instalaciones de cálculo de alto rendimiento extensivo del LLNL para llevar a cabo simulaciones en un amplio rango de densidades, temperaturas y composiciones para localizar la ecuación de estado de ambos elementos.

“El resultado de nuestras simulaciones son consistentes con al idea de que una gran porción del interior de Saturno tiene las condiciones para una fase separada del helio y el hidrógeno”, dijo Morales. “Esto puede resolver la aparente discrepancia entre los actuales modelos evolutivos para Saturno y los datos observacionales”.

Además de estar hechos en su mayor parte de hidrógeno y helio, una característica de los planetas jovianos es que irradian más energía de la que reciben del Sol. Se han desarrollado distintos modelos sobre su estructura y evolución para describir la relación entre la edad, volumen y masa del planeta y su luminosidad.

Aunque este modelo funciona para Júpiter, al modelar la radiación de energía dejada en su formación hace 4550 millones de años, no encaja exactamente con Saturno. En lugar de esto, el modelo subestima ampliamente la actual luminosidad de Saturno.

Por tanto, los investigadores decidieron intentar algo distinto. Determinaron dónde se mezclaban el helio y el hidrógeno así como la temperatura a la que no se mezclaban.

Resultó que la temperatura a la que no se mezclaban ambos elementos era lo bastante alta para que el helio fuese “parcialmente mezclable a lo largo de una fracción significativa del interior de los planetas jovianos con la correspondiente región de Saturno siendo mayor que la de Júpiter”, dijo Schwegler. “Esto, de hecho, podría cambiar los modelos actuales del interior de Saturno y Júpiter”.

Las nuevas conclusiones aparecen en la edición on-line del 26 de enero de la revista, Proceedings of the National Academy of Science.


Fecha Original: 27 de enero de 2009
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Comment (1)

  1. Petra Criada

    Los planetas gaseosos nos muestran una fase de la vida de todo planeta, en la que el núcleo plasmático está todavía rodeado de todo el material nebular capturado, constituyendo los gases la gran mayoria de su volumen. Es decir, estos planetas están evolutivamente a medio camino entre la Tierra y el Sol.

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