Un choque de objetos similares explica mejor el origen de Mercurio

Mercurio pudo formarse por la colisión entre dos cuerpos de masas similares y no por haber perdido gran parte de su masa tras la colisión con un gran cuerpo celeste, según una nueva investigación.

La formación de Mercurio sigue siendo un misterio sin resolver. El planeta más cercano al Sol posee un núcleo metálico desproporcionadamente grande -que representa aproximadamente el 70% de su masa- y un manto rocoso relativamente pequeño.

Hasta ahora, la explicación más aceptada era que Mercurio perdió gran parte de su corteza y manto tras colisionar catastróficamente con un gran cuerpo celeste. Sin embargo, simulaciones dinámicas muestran que este tipo de impacto, que involucra cuerpos de masas muy diferentes, es extremadamente raro.

Un nuevo estudio propone una explicación alternativa basada en un tipo de evento mucho más común en el sistema solar primitivo: una cuasi colisión entre cuerpos de masas similares. Los hallazgos se publican en la revista Nature Astronomy.

El primer autor del estudio fue Patrick Franco, astrónomo con un doctorado del Observatorio Nacional de Brasil e investigador postdoctoral en el Instituto de Física del Globo de París, Francia.

"Mediante simulación, demostramos que la formación de Mercurio no requiere colisiones excepcionales. Un impacto rozante entre dos protoplanetas de masas similares puede explicar su composición. Este es un escenario mucho más plausible desde un punto de vista estadístico y dinámico -afirma Franco-. Nuestro trabajo se basa en el hallazgo, obtenido en simulaciones previas, de que las colisiones entre cuerpos muy desiguales son eventos extremadamente raros. Las colisiones entre objetos de masas similares son más comunes, y el objetivo del estudio fue precisamente verificar si estas colisiones serían capaces de producir un planeta con las características observadas en Mercurio", explica Franco, citado por FAPESP.

Esta posible colisión habría ocurrido en una etapa relativamente tardía de la formación del sistema solar, cuando cuerpos rocosos de tamaños similares competían por espacio en las regiones interiores, más cercanas al Sol.

Eran objetos en evolución, dentro de un vivero de embriones planetarios, que interactuaban gravitacionalmente, alterando sus órbitas e incluso colisionando, hasta que solo quedaron las configuraciones orbitales bien definidas y estables que conocemos hoy -explica Franco-.

Para recrear este escenario hipotético, los investigadores emplearon un método numérico computacional denominado "hidrodinámica de partículas suavizadas" (SPH). La SPH puede simular gases, líquidos y materiales sólidos en movimiento, especialmente en contextos que implican grandes deformaciones, colisiones o fragmentaciones.

Ampliamente utilizado en cosmología, astrofísica y dinámica planetaria, así como en ingeniería y gráficos por computadora, este método emplea la función lagrangiana, desarrollada por Joseph Louis Lagrange (1736-1813). Esta función describe la evolución de un sistema considerando cómo cada punto o partícula constituyente se mueve individualmente en el espacio a lo largo del tiempo.

A diferencia del formalismo euleriano (desarrollado por Leonhard Paul Euler, 1707-1783), que observa lo que sucede en puntos fijos del espacio, la función lagrangiana sigue el punto de vista de la partícula en movimiento.

"Mediante simulaciones detalladas en hidrodinámica de partículas suavizadas, descubrimos que es posible reproducir con alta precisión tanto la masa total de Mercurio como su inusual relación metal-silicato. El margen de error del modelo fue inferior al 5%", afirma Franco.

Esta propuesta ayuda a explicar por qué Mercurio tiene una masa total baja a pesar de su gran núcleo metálico y por qué conserva solo una fina capa de material rocoso.

"Asumimos que Mercurio tendría inicialmente una composición similar a la de los demás planetas terrestres. La colisión habría eliminado hasta el 60% de su manto original, lo que explicaría su mayor metalicidad", explica el investigador.

¿Dónde están los escombros? Además, el nuevo modelo evita una limitación de los escenarios anteriores. En estos escenarios, el material arrancado durante la colisión es reincorporado por el propio planeta. Si así fuera, Mercurio no presentaría su actual desproporción entre núcleo y manto. Pero en el modelo que proponemos, dependiendo de las condiciones iniciales, parte del material arrancado podría ser expulsado y no regresar jamás, lo que preserva la desproporción entre núcleo y manto, argumenta Franco.

La pregunta obvia en este caso es adónde fue a parar el material expulsado. Si el impacto ocurrió en órbitas cercanas, una posibilidad es que este material fuera incorporado por otro planeta en formación, quizás Venus. Es una hipótesis que aún debe investigarse con mayor profundidad, afirma el investigador.

Según Franco, el modelo propuesto puede extenderse para investigar la formación de otros planetas rocosos y contribuir a nuestra comprensión de los procesos de diferenciación y la pérdida de material en el sistema solar primitivo.