La formación de un gigante gaseoso implica una carrera contrarreloj. Los planetas nacen cuando las estrellas recién formadas se calientan, un proceso que rápidamente expulsa todo el gas parásito de las regiones cercanas creadoras de planetas. Para crear un gigante gaseoso, se debe formar un gran planeta rocoso antes de este proceso y generar suficiente atracción gravitacional para succionar el gas antes de que todo retroceda.

El proceso debería dejar planetas como Júpiter y Saturno con un núcleo rocoso sólido enterrado profundamente dentro de la envoltura de gas. Pero confirmar esta composición básica fue difícil. Ahora, los investigadores han utilizado características de los anillos de Saturno para detectar influencias gravitacionales sutiles en el núcleo. Aunque no es definitivo, los resultados sugieren que el núcleo es grande y que la parte sólida y rocosa está ampliamente distribuida en esta zona.

¿Una mirada en capas?

Planetas como la Tierra y Marte estuvieron lo suficientemente calientes durante su formación como para establecer una estructura en capas, con los elementos más pesados ​​en el núcleo y el material más liviano arriba. Lo mismo debería suceder en un cuerpo planetario lo suficientemente grande como para atraer una envoltura masiva de gas. Como resultado, los primeros diseños de los interiores de los gigantes gaseosos sugirieron una serie de capas: un núcleo interior metálico rodeado por una capa de roca, luego gases metálicos comprimidos por las capas de atmósfera gaseosa sobre ellos.

Siguiendo el movimiento de la sonda Cassini alrededor del sistema, obtuvimos datos sobre el campo gravitacional de Saturno. Se han obtenido datos adicionales del reconocimiento de que el movimiento de materiales dentro del planeta también crea regiones de densidad alterada en los anillos, creando patrones que se pueden visualizar cuando los anillos son iluminados por el Sol a contraluz.

El nuevo trabajo se basa en las características de las ondas que hemos detectado en los anillos de Saturno. Esencialmente, los investigadores construyeron varios modelos de cómo podría verse el núcleo de Saturno y comprobaron si los modelos crearían los modelos que realmente vemos. Luego, los datos del mundo real se utilizan para imponer restricciones sobre posibles elementos del núcleo de Saturno.

La mera existencia de ciertas características en los anillos, por ejemplo, significa que debe haber divisiones internas dentro de Saturno. Las características están formadas por la influencia del interior. ondas de gravedad (nota: sin ondas gravitacionales) en el núcleo interno. La presencia de ondas de gravedad implica que existe un límite entre dos capas, separadas por algo así como densidad o composición química, que mantiene su distinción frente a cualquier convección interna en el núcleo.

Pon límites

Con todo, las características del anillo pueden eliminar muchos elementos. Por ejemplo, si hubiera un límite definido entre el núcleo y la envoltura de gas, las ondas que se ven en el anillo tendrían una frecuencia alta. Dado que este no es el caso, la línea entre los dos debe ser algo borrosa. Al mismo tiempo, el límite no puede ser tan borroso como para que no haya límites claros entre las capas dentro de Saturno. Si esto fuera cierto, no habría forma de producir ninguna de las características que se ven en el ring.

En general, los modelos que coinciden con los datos colocan el límite de la envoltura del núcleo de Saturno a una distancia significativa del centro del planeta, aproximadamente el 60 por ciento de la distancia a la superficie. Tiene un radio de casi 60.000 kilómetros, o más de nueve veces el radio de la Tierra.

La composición exacta del núcleo es mucho más difícil de determinar, ya que las restricciones son bastante amplias. La masa total de los elementos más pesados ​​en el núcleo es aproximadamente 19 veces la masa de la Tierra, lo que coincide con los patrones de formación de los gigantes gaseosos que colocan la roca y el hierro en el centro, aunque gran parte de este material también podría ser hielo de agua. Aún así, la masa total del núcleo podría alcanzar 55 veces la masa de la Tierra, lo que indica que hay muchos otros materiales allí, probablemente hidrógeno metálico y helio.

Si el hidrógeno llega al núcleo interno, debería formar un fluido metálico que se pueda mezclar fácilmente con hierro y rocas de silicato.

En cualquier caso, está claro que las capas cuidadosamente estructuradas que podríamos esperar basadas en modelos de formación planetaria no parecen existir realmente. Combinada con pistas de que Júpiter también puede tener un núcleo difuso, esta idea parecería favorecer modelos alternativos en los que los núcleos planetarios de los gigantes gaseosos no experimentan los mismos procesos evolutivos que los observados en los cuerpos rocosos.

La alternativa es que el núcleo se vuelva difuso, ya que las condiciones del núcleo interno convertirían el hidrógeno en un fluido metálico que se puede mezclar fácilmente con hierro y rocas de silicato fundidas. Por lo tanto, es posible que una estructura de capas temprana se erosione y se disuelva lentamente con el tiempo.

Sin embargo, este artículo no debe tomarse como la última palabra sobre lo que está sucediendo dentro de Saturno. Incluso después de probar varias formas de hacer coincidir los datos, los investigadores concluyen que «ninguno de los modelos es completamente satisfactorio», lo que significa que hay muchas oportunidades para que los investigadores cambien los parámetros o agreguen datos adicionales para lograr un mejor ajuste.

Astronomía de la naturaleza, 2021. DOI: 10.1038 / s41550-021-01448-3 (Acerca de los DOI).