El viatge primitiu de Júpiter

El descobriment de planetes gegants ben prop de les seues estrelles ha portat de cap els astrònoms planetaris els últims anys. Com explicar els anomenats Júpiter calents, planetes gegants en òrbites de només uns dies? El disc d’acreció de material d’on es formen els planetes és massa prim en les proximitats de l’estrella i, és per tant, un lloc poc adequat per acumular molta matèria per formar un planeta gegant. És per això que ha calgut desenvolupar la teoria de la migració planetària per la qual els planetes es formarien lluny de les seues estrelles i després de formats, la pols que quedaria del disc frenaria l’òrbita amb la pèrdua d’energia i l’acostament al sol central.

Les conclusions que s’han adoptat en els sistemes estel·lars també són vàlides per al nostre Sistema Solar. Segons un estudi acabat de publicar, el planeta gegant Júpiter es va formar quatre vegades més lluny del Sol que la seua òrbita actual, i va migrar cap a l’interior del Sistema Solar durant un període de 700 000 anys. Els investigadors han trobat proves d’aquest increïble viatge gràcies a un grup d’asteroides propers a Júpiter.

Ara, investigadors de l’Observatori Astronòmic de la  Universitat de Lund, a Suècia i altres institucions han utilitzat simulacions per ordinador per aprendre més sobre el viatge de Júpiter a través del nostre propi Sistema Solar fa aproximadament 4.500 milions d’anys. En aquest moment, Júpiter s’havia acabat de formar, igual que els altres planetes del sistema solar. Els planetes van ser construïts a poc a poc per la pols còsmica, que envoltava al nostre jove Sol en un disc de gas i partícules. En aquell moment, Júpiter no era més gran que el nostre propi planeta.

Els resultats mostren ara que Júpiter es va formar quatre vegades més lluny del sol del que indicaria la seva posició actual.

Aquesta és la primera vegada que tenim proves que Júpiter es va formar molt lluny del Sol i després va migrar a la seua òrbita actual. Trobem evidència de la migració en els asteroides troians que orbiten prop de Júpiter “, explica Simona Pirani, estudiant de doctorat en astronomia de la Universitat de Lund, i autora principal de l’estudi.

Aquests asteroides troians consisteixen en dos grups de milers d’asteroides que es troben a la mateixa distància del Sol que Júpiter, però que orbiten per davant i per darrere de Júpiter, respectivament. Però hi ha aproximadament un 50% més de troians per davant Júpiter que per darrere d’ell. És aquesta asimetria la qual va esdevenir la clau per a la comprensió dels investigadors sobre la migració de Júpiter.

L’asimetria sempre ha estat un misteri en el Sistema Solar“, diu Anders Johansen, professor d’astronomia a la Universitat de Lund.

L’animació mostra els moviments dels planetes interiors, Júpiter i els dos eixams de troians (verds) durant el període de temps de la missió Lucy. Els troians L4 van per davant de Júpiter en la seua òrbita i els troians L5 el segueixen. Per tradició, els troians L4 reben el nom dels personatges grecs en els relats de la guerra de Troia. Els cossos L5 reben el nom dels del costat troià del conflicte. Crèdits: Astronomical Institute of CAS/Petr Scheirich.

De fet, no s’havia pogut explicar per què els dos grups d’asteroides no contenen el mateix nombre d’asteroides. No obstant això, Simona Pirani i Anders Johansen, juntament amb altres col·legues, ara han identificat la raó en recrear el curs dels esdeveniments de la formació de Júpiter i com el planeta va captar gradualment els seues asteroides troians.

Gràcies a les extenses simulacions informàtiques, els investigadors han calculat que l’asimetria actual només podria haver passat si Júpiter es va formar quatre vegades més lluny en el Sistema Solar i posteriorment aquest va migrar a la seua posició actual. Durant el seu viatge cap al Sol, la pròpia gravetat de Júpiter va atreure més troians per davant que al darrere.

Segons els càlculs, la migració de Júpiter es va perllongar durant uns 700 000 anys, en un període d’aproximadament 2 a 3 milions d’anys després que el cos celeste comencés la seua vida com un asteroide de gel lluny del Sol. El viatge cap a l’interior del Sistema Solar va seguir un curs en espiral en què Júpiter va continuar donant voltes al voltant del Sol, encara que en un camí cada vegada més estret. La raó de la migració real es relaciona amb les forces gravitatòries dels gasos circumdants en el Sistema Solar, que frenaven el planeta i li feien perdre energia.

Les simulacions mostren que els asteroides troians es van captar quan Júpiter era un planeta jove sense atmosfera de gas, el que significa que aquests asteroides probablement consisteixen en blocs de construcció similars als que van formar el nucli de Júpiter. En 2021, la sonda espacial de la NASA, Lucy, es posarà en òrbita al voltant de sis dels asteroides troians de Júpiter per estudiar-los.

Podem aprendre molt sobre el nucli i la formació de Júpiter estudiant els troians“, diu Anders Johansen.

Els autors de l’estudi també suggereixen que el gegant gasós Saturn i els gegants de gel Urà i Neptú podrien haver migrat de manera similar.

Article original.

The consequences of planetary migration on the minor bodies of the early Solar System, Astronomy nd Astrophysics., Març 2019. En pdf ací.

Imatges:

1.- Illustration: NASA/JPL-Caltech.
2.- Astronomical Institute of CAS/Petr Scheirich.

L’Observatori de Lund: mirant el cel nord enllà

L’Observatori de Lund és el centre astronòmic de la Universitat de Lund, Suècia. Des del 2001 ocupa un modern edifici al campus universitari amb diverses cúpules i és la seu del departament d’Astronomia i Física Teòrica.

Per raons familiars vaig passar la setmana passada un dies a la ciutat. Vaig aprofitar per visitar les instal·lacions de l’Observatori situat al final del carrer Sölvegatan. L’edifici de rajola roja, d’una planta baixa i un primer pis, disposa de dues grans cúpules als cantons de la cara est, tot al voltant d’un gran patí interior on s’homenatja al mestre Tycho Brahe. Des de lluny, però, el que impressiona de l’Observatori és la gran cúpula situada sobre una antiga torre de l’aigua, just al costat de l’edifici principal.

Mentre la planta baixa alberga l’administració de la Facultat de Ciències de la universitat, les plantes superiors es troben ocupades pel departament d’Astronomia i Física Teòrica i per les cúpules astronòmiques.

Una visita intensa i detallada em va permetre veure part de l’instrumental antic de l‘antic observatori fundat el 1867 i situat en el gran parc de la ciutat, ben prop de l’estació. A la planta baixa de l’edifici que alberga l’administració de la Facultat de Ciències s’hi pot veure un extraordinari cercle meridià, amb un còmode seient per l’observador. Aquest instrument, amb un telescopi mirant només en direcció sud, servia per mesurar de manera acurada les coordenades estel·lars i, tot gran observatori en tenia un. I, és que el coneixement de les posicions i moviments dels estels era un gran camp d’investigació a finals dels segle XIX i principis del segle XX.

En aquest camp destacà l’astrònom suec Carl V. L. Charlier (1862 – 1934), director de l’Observatori de Lund, que feu estudis estadístics extensos de les estrelles de la nostra galàxia i les seues posicions i moviments, i va intentar desenvolupar un model de la nostra galàxia basat en les seus càlculs. Proposà el síriòmetre, (un milió d’unitats astronòmiques) com una unitat de distància estel·lar, encara que la seua idea no prosperà, ja que la Unió Astronòmica Internacional adoptà el parsec ja que simplificava enormement la definició de magnitud absoluta dels estels. A les vitrines de l’Observatori s’hi poden trobar instruments i obres de l’època de l’astrònom així com un gran retrat.

Tanmateix una obra del passat que fa especialment atractiva una visita a l’Observatori és el Milky Way Panorama, una representació pintada però extraordinàriament ben acurada de la Via Làctia. A principis de la dècada de 1950, el professor. Knut Lundmark de l’Observatori de Lund va proposar pintar la primera representació realista de la nostra galàxia en les parets de l’Observatori. Per això va pensar en presentar un panorama de la Via Làctia en una projecció d’Aitoff del cel. Amb suport de les fundacions Hierta-Retzius i Kungl. Fysiografiska Sällskapet i Lund, i durant dos anys, els enginyers Martin Kesküla i Tatjana Kesküla van calcular primer i pintar després un mapa d’un metre d’alt per dos metres d’ample que mostra amb les seues coordenades galàctiques, 7000 estrelles i nebuloses i la Via Làctia en aquesta mateixa projecció. La web de l’Observatori ens explica més detalladament les tècniques usades i les dificultats que tingueren els enginyers per enllestir la faena. Vicent Martínez, que em feu conèixer aquesta meravella del coneixement suec, en parlava fa poc a la revista Mètode tot comparant aquesta imatge de la Via Làctia dels anys 50 amb la moderna imatge de la Galàxia a través de les dades de la missió GAIA.

Actualment, allí al mig del corredor de l’Observatori, prop de la sala de reunions, es pot admirar aquesta gran obra. Vist de prop es veuen les nebuloses difuminades, pintades amb un aerògraf o polvoritzador. Les estrelles pintades després a sobre semblaven poc naturals de manera que va caldre pintar-les de la mateixa manera que les nebuloses. L’any 1955 s’enllestí l’obra i aquesta ha esdevingut un referent de l’astronomia del segle XX.

I una tema que em va sobtar molt. Sembla que com va ocórrer en el finançament del Panorama de la Via Làctia, les fundacions privades són ben importants en el finançament de la ciència a Suècia. Aquesta societat valora la ciència bàsica i, a banda dels ajuts estatals, aporta també de manera usual fons de fundacions privades.

Precisament el professor Lundmark va ser el director de la tesi de Frida Palmér. Aquesta astrònoma va defensar la seva tesi el 1939 a la Universitat de Lund amb un treball sobre estrelles variables. Es va convertir així en la primera dona de Suècia en tenir el seu doctorat en astronomia. En una vitrina de l’Observatori es pot veure part del seu treball.

La portada de la revista Popular Astronomy, 3 de setembre de 2009. La fotografia mostra a l’estudiant de doctorat Frida Palmér al Meridian Circle de l’Observatori de Lund de 1929. Foto: Universitat de Lund

L’observació del cel és prou difícil en les terres nòrdiques. Tots els dies que vaig estar estigueren coberts per grossos núvols i queien gotes molestes ara sí i ara també. I, segons em contaren, tot l’hivern és igual al sud de Suècia. La possibilitat de veure un cel ras en aquestes latituds és molt baixa. És veritat que, en arribar la primavera, l’oratge millora i hi ha més nits clares i lliures de núvols. Tanmateix a mesura que ens aproximem al solstici d’estiu les nits es fan més i més curtes. Les hores de llum es fan molt llargues des de la primavera fins a la tardor en Suècia.

Un passeig per les cúpules de l’Observatori em permeté veure els telescopis usats pels estudiants, i el gran helioscopi solar cobert en aquell dia protegit de la pluja. Un gran espill segueix el Sol i envia els seus rajos cap a l’interior de la cúpula per arribar a un gran espectroscopi, on podrem veure separats els diferents colors de la llum solar i les línies d’absorció que corresponen als diferents elements químics presents al Sol.

Fa uns anys l’Observatori disposava també d’un radiotelescopi semblant al que tenim a l’Aula d’Astronomia de la Universitat de València. Tanmateix una gran tempesta arrancà part de la cúpula de la torre de l’aigua i caigué sobre l’instrument.

Però les coses avancen i ben prompte disposaran d’un nou telescopi a la cúpula, de moment buida, que dona a la façana principal. A més el Planetari de Lund, depenent de la Universitat i de l’Observatori també mereix una visita. Llàstima que només obre el cap de setmana i no vaig poder anar-hi. Actualment té un projector digital. L’antic projector, el clàssic Zeiss, amb diversos lents i llums per a cada planeta és pot admirar a la biblioteca.

I, per acabar, em vaig fer una foto amb el bust de l’astrònom danés Tycho Brahe, situat al pati interior, que també tenen com a  seu (de fet tots els astrònoms el tenim com a referent nostre), ja que Lund, en la seua època, era part de Dinamarca.

Una visita curta però intensa a l’Observatori de Lund. Moltes gràcies a tot el personal que em va rebre de manera tan amable, dedicant part del seu valuós temps a explicar-me els tresors científics i humans que atresoren.

Més informació:

Una història molt detallada de l’Observatori de Lund es pot llegir ací, en suec, però.

Imatges:

Diferents aspectes de l’Observatori.