Júpiter alcanzó su tamaño a base de engullir 'planetas bebé'

Hasta ahora, Júpiter había revelado muy poco a los científicos sobre su funcionamiento interno. Los telescopios han capturado miles de fotografías de los inmensos vórtices y manchas que salpican su atmósfera superior, pero esas mismas tormentas, algunas más grandes que la Tierra, han actuado como una barrera impenetrable, impidiendo ver lo que hay debajo.

"Júpiter fue uno de los primeros planetas en nacer en nuestro sistema, durante los primeros millones de años tras la formación del Sistema Solar hace unos 4.500 millones de años -explica Yamila Miguel, astrofísica de la Universidad de Leiden en los Países Bajos y primera firmante del artículo-. Sin embargo, no sabemos casi nada con certeza sobre cómo se formó".

En su estudio, los investigadores pudieron por fin mirar más allá de la oscura capa de nubes de Júpiter gracias a los datos gravitacionales recopilados por la sonda Juno, de la NASA. Datos que permitieron al equipo trazar un mapa de los materiales rocosos presentes del núcleo del planeta. Para su sorpresa, los científicos se encontraron con una abundancia sorprendentemente alta de elementos pesados. Y esa composición química sugiere con fuerza que, en sus primeros tiempos, Júpiter devoró un número indeterminado de planetesimales, 'planetas bebés' que apenas estaban empezando a formarse. Según el estudio, fue así como llegó a hacerse tan grande.

En la actualidad, Júpiter es esencialmente una inmensa bola de gases en perpetuo movimiento, pero sus días comenzaron acumulando grandes cantidades de material rocoso, exactamente igual que hicieron el resto de los planetas del Sistema Solar. Sin embargo, y a medida que la gravedad del planeta en expansión iba atrayendo más y más rocas, su núcleo sólido se volvió tan denso que empezó a atraer grandes cantidades de gas, incluso a grandes distancias, principalmente el hidrógeno y el helio sobrantes del nacimiento del Sol, lo que terminó por formar su enorme atmósfera gaseosa.

Existen dos teorías sobre cómo logró Júpiter recolectar su material rocoso inicial. Por un lado, podría ser que el planeta fuera acumulando miles de millones de pequeñas piedras, del tamaño de guijarros. Por otro, algo que el nuevo estudio respalda, el núcleo sólido de Júpiter pudo formarse a partir de la absorción de planetesimales, grandes rocas espaciales de varios km que, sin perturbaciones externas, constituyen las 'semillas' a partir de las que se formaron los planetas rocosos más pequeños, como Marte o la propia Tierra.

Sin embargo, hasta ahora resultaba imposible decir cuál de las dos teorías era la correcta. "Debido a que no podemos observar directamente cómo se formó Júpiter -explica Miguel-, tenemos que averiguarlo juntando las piezas y la información que tenemos hoy. Una tarea nada fácil".

Para resolver la cuestión y poner fin al debate se necesitaba construir una imagen del interior de Júpiter. "Aquí, en la Tierra -prosigue la investigadora- tenemos sismógrafos para estudiar el interior del planeta usando terremotos. Pero Júpiter no tiene una superficie en la que colocar tales dispositivos, y de todos modos es poco probable que el núcleo de Júpiter tenga mucha actividad tectónica".

Por eso, los investigadores tuvieron que construir modelos informáticos de las entrañas de Júpiter mediante la combinación de datos recopilados predominantemente por Juno, así como por su predecesor Galileo. Ambas sondas midieron el campo gravitatorio del planeta en diferentes puntos alrededor de su órbita. Y los datos muestran que el material rocoso recolectado por Júpiter tiene una alta concentración de elementos pesados, que son más densos y que, por lo tanto, tienen un efecto gravitacional más fuerte que la atmósfera gaseosa. Eso permitió al equipo trazar un mapa con las ligeras variaciones en la gravedad del planeta, lo que les ayudó a ver dónde se encuentra el material rocoso de su interior.

En palabras de Miguel, "Juno proporcionó datos de gravedad muy precisos que nos ayudaron a restringir la distribución del material en el interior de Júpiter. Son datos muy singulares que sólo podemos obtener con una nave espacial en órbita alrededor del planeta".

De este modo, los cálculos revelaron que, en el corazón de Júpiter, existen elementos pesados que equivalen a entre 11 y 30 masas terrestres, es decir, entre el 3% y el 9% de su masa total. En ambos casos, mucho más de lo esperado.

El estudio, pues, apunta a que Júpiter fue creciendo a base de engullir planetas bebés, ya que la teoría de la acumulación de guijarros no puede explicar una concentración tan elevada de elementos pesados. Además, los planetesimales podrían haber seguido adhiriéndose al núcleo de Júpiter incluso después de que comenzara la fase de acumulación de gas; eso se debe a que la atracción gravitatoria sobre las rocas habría sido mayor que la presión ejercida por el gas. Según los investigadores, esta acumulación simultánea de material rocoso y gas propuesta por la teoría planetesimal es la única explicación para los altos niveles de elementos pesados dentro de Júpiter.

El estudio también reveló que el interior de Júpiter no se mezcla bien con su atmósfera superior, lo que va en contra de lo que los científicos creían previamente. El nuevo modelo del interior de Júpiter, en efecto, muestra que los elementos pesados absorbidos por el planeta han permanecido en gran medida cerca de su núcleo y de la atmósfera inferior, sin mezclarse con la atmósfera superior. Sin embargo, es posible que ciertas regiones de Júpiter tengan un pequeño efecto de convección, por lo que se necesita más investigación para determinar exactamente qué sucede dentro de la atmósfera del gigante gaseoso.

Los hallazgos de Miguel y su equipo podrían cambiar, de paso, las historias del origen de otros planetas del Sistema Solar, como Saturno, Urano y Neptuno, que también podrían haber crecido a base de engullir planetesimales. "Júpiter fue el planeta más influyente en la formación del Sistema Solar -afirma Miguel-. Su atracción gravitatoria ayudó a dar forma al tamaño y las órbitas de sus vecinos cósmicos, por lo que determinar cómo llegó a existir tiene importantes efectos colaterales para otros planetas".