Com un jove Tità es va escapar de ser destruït per Saturn

Clic per engrandir. Recreació artística de satèl·lits formant-se al voltant d'un planeta
gasós gegant. Crèdit: Nagoya University

Fins al moment, totes les simulacions numèriques han provocat la formació de diverses llunes de Saturn de la mida de Tità, totes elles o bé han estat devorades ràpidament pel gegant o han sobreviscut, deixant almenys dos grans satèl·lits. Per primera vegada, un escenari permet a Tità aparèixer en simulacions escapant-se tot sol de la seva destrucció.

Construir la cosmogonia del sistema solar no només requereix que es comptabilitzi la formació dels planetes, sinó també les seves llunes i els anells que poden tenir. L’origen de la lluna de la Terra, igual que les de Saturn i els seus anells, ho hem de qüestionar. Ens agradaria entendre, en particular, com aquest gegant gasós va adquirir el satèl·lit Tità.

Recordem que aquesta és la lluna més gran de Saturn i la segona lluna més gran del nostre sistema solar després de Ganimedes, la lluna de Júpiter, que només és un 2% més gran. Amb un radi d’uns 2.575 quilòmetres, Tità no és només aproximadament un 50% més gran que la nostra Lluna, sinó també més gran que el planeta Mercuri.

Clic per engrandir. Imatge artística d'una lluna formant-se al voltant d'un planeta
gegant, com Júpiter o Saturn, que sempre es formen al voltant d'un astre en el seu
disc protoplanetari. © Universitat de Nagoya

Per explicar el seu naixement, els planetòlegs solen implicar una mena de formació in situ de Tità en un disc d’acreció que contenia pols i sobretot gas al voltant d'un Saturn jove, d’una manera similar a la gènesi dels planetes del disc protosolar al voltant d'un Sol jove. Aquesta sub-nebulosa saturniana, com l'anomenen els investigadors, fins i tot es creu que és l'origen d'altres llunes de Saturn com Encèlad i Jàpet. Com a curiositat, si Tità va ser descobert per Christian Huygens, Tetis, Dione, Rea i Jàpet van ser descoberts per Jean-Dominique Cassini que els va anomenar "Sidera Lodoicea" (les estrelles de Lluís) en honor al rei Lluís XIV.

Però aquest escenari tenia un problema. Les simulacions numèriques en ordinadors realitzades fins al present per reproduir la formació de Tità, o no van produir un cos celeste tan gran, ja sigui produint-ne diversos que sobrevivien en clara contradicció amb les observacions. De fet, per ser més precisos, les llunes grans es van formar amb una mida comparable a Tità, però totes van acabar sent engolides ràpidament pel gegant gasós.

La física del disc d'acreció modelada millor.

Ara dos astrofísics japonesos, Yuri Fujii, professor a la Universitat de Nagoya, i Masahiro Ogihara, professor de l'Observatori Astronòmic Nacional del Japó (NAOJ), anuncien haver trobat una solució a aquest enigma en un article publicat a Astronomy and Astrophysics Letters i també disponible a arXiv.

Clic per engrandir. Resultats de la simulació que mostren els radis orbitals en funció del
temps de 7 hipotètiques llunes de massa comparables a les de Tità. A mesura que avança
la simulació, gairebé tots aquests satèl·lits cauen al planeta, no obstant això, el satèl·lit més
exterior sobreviu fins que el gas del disc es dissipa. Aquest satèl·lit resideix temporalment
a la "zona segura". © Fujii i Ogihara, A&A, 2020. Traducció de la infografia: sci-bit 

El disc d’acreció de la sub-nebulosa es comporta com un gas, amb temperatura i pressió, però també amb radiació i fonts d’opacitat d’aquesta radiació, que influeix en la distribució de la temperatura del disc. Els astrofísics han tingut en compte les fonts d’opacitat per a la transferència radiactiva en forma de pols gelat i silicats. Al final, les simulacions van ser capaços de tenir en compte els efectes del gas en la formació de llunes en els càlculs, i que òbviament també tenien en compte les forces gravitacionals d’atracció presents entre tots els cossos.

Els investigadors van descobrir llavors que hi havia una mena de zona segura, una regió en forma d’anell al voltant de Saturn, en la qual es podria formar un planeta de la mida de Tità, migrant cap a l’exterior per l’efecte de la pressió d’un gas més calent que en simulacions anteriors, però mantenint-se en aquesta zona mentre que els altres, més a prop de Saturn, van acabar sent engolits.

Per primera vegada, una simulació digital va conduir automàticament a l'existència d'una sola lluna gegant com Tità a l'entorn de Saturn. Però els astrofísics són prudents. Encara no és possible concloure que així es va formar el satèl·lit.

Per esbrinar-lo, probablement caldria observar un gran nombre d’exollunes al voltant dels exosaturns i descobrir que gairebé cada cop només hi ha un "exotità" per a cada "exosaturn". No hem arribat encara al futur proper.

Clic a la imatge per engrandir. Un escenari per a la formació d’una sola lluna gran. (1) A mesura que es forma un planeta, un disc amb gas i pols gira al voltant del planeta. Els materials sòlids es condensen en aquest disc. (2) Els components sòlids assoleixen la mida de satèl·lit al disc circumplanetari. A partir d'aquest pas es van iniciar les simulacions per a aquesta investigació. (3) Les òrbites d'aquests satèl·lits dins del disc canvien progressivament a causa de la influència del gas. Molts satèl·lits s’acosten al planeta en òrbita i acaben caient al planeta. Tot i això, un satèl·lit amb una òrbita situada en una "zona segura" no cau al planeta, sinó que manté la seva distància respecte al planeta. (4) A mesura que el gas del disc es dissipa,el satèl·lit que sobrevisqui a la "zona segura" romandrà en una òrbita estable fins al final. © Naoj 

Ho he vist aquí.