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Inestabilidad en el Sistema Solar Temprano – Implicaciones para el Misterioso «Planeta 9»

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2 años ago

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Inestabilidad en el Sistema Solar Temprano – Implicaciones para el Misterioso «Planeta 9»

Todas las estrellas, incluido nuestro sol, nacen de una nube de polvo y gas. Esta nube también puede sembrar planetas que orbitarán alrededor de la estrella. Crédito: NASA/JPL-Caltech

La inestabilidad al comienzo del sistema solar.

Una nueva explicación de por qué nuestro sistema solar es como es, y por qué otros también lo son.

Seth Jacobson, de la Universidad Estatal de Michigan, y sus colegas en China y Francia han revelado una nueva teoría que podría ayudar a resolver un misterio galáctico sobre la evolución de nuestro sistema solar. Específicamente, cómo los gigantes gaseosos…[{» attribute=»»>Jupiter, Saturn, Uranus, and Neptune — end up where they are, orbiting the sun like they do?

The findings have ramifications for how terrestrial planets like Earth developed, as well as the possibility that a fifth gas giant planet lurks 50 billion miles out into the distance.

“Our solar system hasn’t always looked the way that it does today. Over its history, the orbits of the planets have changed radically,” said Jacobson, an assistant professor in the College of Natural Science’s Department of Earth and Environmental Sciences. “But we can figure out what’s happened.”

Hypothetical Early Solar System

An artist’s rendering shows a hypothetical early solar system with a young star clearing a path in the gas and dust left over from its formation. This clearing action would affect the orbits of gas giants orbiting the star. Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

The research, published in the journal Nature on April 27, 2022, offers an explanation for what happened to gas giants in other solar systems and ours.

It’s a Nice model

Massive, whirling clouds of cosmic gas and dust give birth to stars. The early solar system was still filled with a primordial disk of gas when our sun ignited, and it played an important role in the formation and evolution of the planets, including the gas giants.

In the late 20th century, scientists began to believe that the gas giants initially circled the sun in neat, compact, uniformly spaced orbits. Jupiter, Saturn, and the others, however, have long settled into orbits that are relatively oblong, misaligned, and spread apart.

Seth Jacobson

MSU Assistant Professor Seth Jacobson

So the question for researchers now is, why?

In 2005, an international team of scientists proposed an answer to that question in a trio of landmark Nature papers. The solution was originally developed in Nice, France and is known as the Nice model. It posits that there was an instability among these planets, a chaotic set of gravitational interactions that ultimately set them on their current paths.

“This was a tectonic shift in how people thought about the early solar system,” Jacobson said.

The Nice model remains a leading explanation, but over the past 17 years, scientists have found new questions to ask about what triggers the Nice model instability.

For example, it was originally thought that the gas giant instability took place hundreds of millions of years after the dispersal of that primordial gas disk that birthed the solar system. But newer evidence, including some found in moon rocks retrieved by the Apollo missions, suggests it happened more quickly. That also raises new questions about how the interior solar system that’s home to Earth evolved.

Sean Raymond University of Bordeaux

Sean Raymond, an astronomer at the University of Bordeaux.

Working with Beibei Liu from Zhejiang University in China and Sean Raymond from the University of Bordeaux in France, Jacobson has helped find a fix that has to do with how the instability started. The team has proposed a new trigger.

“I think our new idea could really relax a lot of tensions in the field because what we’ve proposed is a very natural answer to when did the giant planet instability occur,” Jacobson said.

The new trigger

The idea started with a conversation Raymond and Jacobsen had back in 2019. They theorized the gas giants may have been set on their current paths because of how the primordial gas disk evaporated. That could explain how the planets spread out much earlier in the solar system’s evolution than the Nice model originally posited and perhaps even without the instability to push them there.

“We wondered whether the Nice model was really necessary to explain the solar system,” Raymond said. “We came up with the idea that the giant planets could possibly spread out by a ‘rebound’ effect as the disk dissipated, perhaps without ever going unstable.”

Beibei Liu

Beibei Liu, a research professor at Zhejiang University.

Raymond and Jacobsen then reached out to Liu, who pioneered this rebound effect idea through extensive simulations of gas disks and large exoplanets — planets in other solar systems — that orbit close to their stars.

“The situation in our solar system is slightly different because Jupiter, Saturn, Uranus and Neptune are distributed on wider orbits,” Liu said. “After a few iterations of brainstorm sessions, we became aware that the problem could be solved if the gas disk dissipated from the inside out.”

The team found that this inside-out dissipation provided a natural trigger for the Nice model instability, Raymond said.

“We ended up strengthening the Nice model rather than destroying it,” he said. “This was a fun illustration of testing our preconceived ideas and following the results wherever they lead.”

With the new trigger, the picture at the beginning of the instability looks the same. There’s still a nascent sun surrounded by a cloud of gas and dust. A handful of young gas giants revolve around the star in neat, compact orbits through that cloud.

“All solar systems are formed in a disk of gas and dust. It’s a natural byproduct of how stars form,” Jacobson said. “But as the sun turns on and starts burning its nuclear fuel, it generates sunlight, heating up the disk and eventually blowing it away from the inside out.”

This created a growing hole in the cloud of gas, centered on the sun. As the hole grew, its edge swept through each of the gas giants’ orbits. This transition leads to the requisite giant planet instability with very high probability, according to the team’s computer simulations. The process of shifting these large planets into their current orbits also moves fast compared with Nice model’s original timeline of hundreds of millions of years.

“The instability occurs early as the sun’s gaseous disk dissipated, constrained to be within a few million years to 10 million years after the birth of the solar system,” Liu said.

The new trigger also leads to the mixing of material from the outer solar system and the inner solar system. The Earth’s geochemistry suggests that such a mixing needed to happen while our planet is still in the middle of forming.

“This process is really going to stir up the inner solar system and Earth can grow from that,” Jacobson said. “That is pretty consistent with observations.” Exploring the connection between the instability and Earth’s formation is a subject of future work for the group.

Lastly, the team’s new explanation also holds for other solar systems in our galaxy where scientists have observed gas giants orbiting their stars in configurations like what we see in our own.

“We’re just one example of a solar system in our galaxy,” Jacobson said. “What we’re showing is that the instability occurred in a different way, one that’s more universal and more consistent.”

Planet 9 from outer space

Although the team’s paper doesn’t emphasize this, Jacobson said the work has implications for one of the most popular and occasionally heated debates about our solar system: How many planets does it have?

Currently, the answer is eight, but it turns out that the Nice model works slightly better when the early solar system had five gas giants instead of four. Sadly, according to the model, that extra planet was hammer-thrown from our solar system during the instability, which helps the remaining gas giants find their orbits.

Ninth Planet Artist’s Illustration

An artist’s conception of Planet 9. Credit: ESO/Tom Ruen/nagualdesign

In 2015, however, Caltech researchers found evidence that there may yet be an undiscovered planet tooling around the outskirts of the solar system some 50 billion miles from the sun, about 47 billion miles farther out than Neptune.

There’s still no concrete proof that this hypothetical planet — nicknamed Planet X or Planet 9 — or the Nice model’s “extra” planet actually exist. But, if they do, could they be one and the same?

Jacobson and his colleagues couldn’t answer that question directly with their simulations, but they could do the next best thing. Knowing their instability trigger correctly reproduces the current picture of our solar system, they could test whether their model works better starting with four or five gas giants.

“For us, the outcome was very similar if you start with four or five,” Jacobson said. “If you start with five, you’re more likely to end up with four. But if you start with four, the orbits end up matching better.”

Either way, humanity should have an answer soon. The Vera Rubin Observatory, scheduled to be operational by the end of 2023, should be able to spot Planet 9 if it is out there.

“Planet 9 is super controversial, so we didn’t stress it in the paper,” Jacobson said, “But we do like to talk about it with the public.”

It’s a reminder that our solar system is a dynamic place, still full of mysteries and discoveries waiting to be made.

Reference: “Early Solar System instability triggered by dispersal of the gaseous disk” by Beibei Liu, Sean N. Raymond and Seth A. Jacobson, 27 April 2022, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-022-04535-1

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing

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4 horas ago

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julio 26, 2024

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La NASA está cerca de tomar una decisión sobre el destino de la nave espacial Starliner de Boeing
Agrandar / En esta fotografía tomada el 3 de julio se ve la nave espacial Strainer de Boeing acoplada a la Estación Espacial Internacional.

Los astronautas que abordaron la nave espacial Starliner de Boeing hacia la Estación Espacial Internacional el mes pasado aún no saben cuándo regresarán a la Tierra.

Los astronautas Butch Wilmore y Suni Williams han estado en el espacio durante 51 días, seis semanas más de lo previsto inicialmente, mientras los ingenieros en tierra resuelven problemas con el sistema de propulsión de Starliner.

Los problemas son dobles. Los propulsores de la nave espacial se sobrecalentaron y algunos de ellos se apagaron cuando Starliner se acercó a la estación espacial el 6 de junio. Otro problema, aunque quizás relacionado, son las fugas de helio en el sistema de propulsión del barco.

El jueves, funcionarios de la NASA y Boeing dijeron que todavía planeaban traer a Wilmore y Williams de regreso a bordo de la nave espacial Starliner. Durante las últimas semanas, los equipos de tierra completaron las pruebas de un propulsor en un banco de pruebas en White Sands, Nuevo México. Este fin de semana, Boeing y la NASA planean poner en órbita los propulsores de la nave espacial para comprobar su rendimiento una vez acoplada a la estación espacial.

«Creo que estamos empezando a acercarnos a esas piezas finales de la lógica de vuelo para asegurarnos de que podamos regresar a casa de manera segura, y ese es nuestro enfoque principal en este momento», dijo Stich.

Estos problemas han llevado a especulaciones de que la NASA podría decidir devolver a Wilmore y Williams a la Tierra a bordo de una nave espacial SpaceX Crew Dragon. Actualmente hay un barco Crew Dragon atracado en la estación y se espera que se lance otro con una nueva tripulación el próximo mes. Steve Stich, jefe del programa de tripulación comercial de la NASA, dijo que la agencia ha estudiado planes de respaldo para llevar a la tripulación de Starliner a casa a bordo de una cápsula SpaceX, pero el objetivo principal sigue siendo llevar a los astronautas de regreso a bordo de Starliner.

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«Nuestra primera opción es completar la misión», dijo Stich. “Hay muchas buenas razones para completar esta misión y traer a Butch y Suni de regreso a bordo de Starliner. Starliner fue diseñada, como nave espacial, para tener a la tripulación en la cabina. »

El Starliner fue lanzado desde la Estación Espacial de Cabo Cañaveral en Florida el 5 de junio. Wilmore y Williams son los primeros astronautas en volar al espacio a bordo de la cápsula de tripulación comercial de Boeing, y este vuelo de prueba tiene como objetivo allanar el camino para futuros vuelos operativos para rotar tripulaciones de cuatro hacia y desde la Estación Espacial Internacional.

Una vez que la NASA certifique completamente a Starliner para misiones operativas, la agencia tendrá dos naves espaciales amigables para los humanos disponibles para vuelos a la estación. Crew Dragon de SpaceX transporta astronautas desde 2020.

Pruebas, pruebas y más pruebas.

La NASA extendió la duración del vuelo de prueba de Starliner para realizar pruebas y analizar datos en un esfuerzo por generar confianza en la capacidad de la nave espacial para llevar a su tripulación a casa de manera segura y comprender mejor las causas profundas del sobrecalentamiento de los propulsores y las fugas de helio. Estos problemas se encuentran dentro del módulo de servicio Starliner, que se desecha para quemarse en la atmósfera al reingresar, mientras que el módulo de tripulación reutilizable, con los astronautas dentro, se lanza en paracaídas para un aterrizaje amortiguado por una bolsa de aire.

La más importante de estas pruebas consistió en una serie de disparos de prueba de un propulsor Starliner en tierra. Este propulsor se tomó de un conjunto de hardware planeado para volar en una futura misión Starlink, y los ingenieros lo sometieron a una prueba de esfuerzo, tirando de él repetidamente para replicar la secuencia de pulsos que vería en vuelo. Las pruebas simularon dos secuencias de vuelo a la estación espacial y cinco secuencias que realizaría el propulsor durante el desacoplamiento y la salida de órbita para regresar a la Tierra.

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«Este propulsor ha sufrido una serie de pulsaciones, quizás incluso más de las que anticiparíamos en vuelo, y más agresivas en términos de dos ascensos y cinco descensos», dijo Stich. “Lo que observamos en el propulsor es el mismo tipo de degradación del empuje que observamos en órbita. En varios propulsores (en Starliner) vemos un empuje reducido, lo cual es importante. »

La computadora de vuelo de Starliner apagó cinco de los 28 propulsores del sistema de control de reacción de la nave espacial, producidos por Aerojet Rocketdyne, durante su encuentro con la estación espacial el mes pasado. Cuatro de los cinco propulsores se recuperaron después de sobrecalentarse y perder empuje, pero los funcionarios declararon que uno de los propulsores era inutilizable.

El propulsor probado en tierra mostró un comportamiento similar. Las inspecciones del propulsor en White Sands mostraron hinchazón en un sello de teflón de una válvula oxidante, lo que podría restringir el flujo del propulsor de tetróxido de nitrógeno. Los propulsores, cada uno de los cuales genera alrededor de 85 libras de empuje, consumen el oxidante de tetróxido de nitrógeno, o NTO, y lo mezclan con combustible de hidracina para la combustión.

Una válvula de mariposa, similar a la válvula de inflado de un neumático, está diseñada para abrirse y cerrarse para permitir que el tetróxido de nitrógeno fluya hacia el propulsor.

«Esta válvula tiene un sello de teflón en el extremo», explicó Nappi. “Bajo el efecto del calor y el vacío natural que se produce cuando se dispara el propulsor, esta junta se deformó e incluso se abombó ligeramente. »

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Stich dijo que los ingenieros están evaluando la integridad del sello de teflón para determinar si podría permanecer intacto durante el desacoplamiento y la salida de órbita de la nave espacial Starliner. No se necesitan propulsores mientras Starliner está conectado a la estación espacial.

“¿Podría esta foca en particular sobrevivir el resto del vuelo?” Esa es la parte importante”, dijo Stich.

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Horoscopo

El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

Published

3 días ago

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julio 24, 2024

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El descubrimiento de restos de un virus antiguo gigante ofrece nuevas pistas sobre los orígenes de la vida compleja

Un nuevo estudio ha descubierto que el código genético del Amoebidium unicelular contiene restos de antiguos virus gigantes, lo que proporciona información sobre la evolución genética de la vida compleja. Este hallazgo revela que estos genes virales, aunque potencialmente dañinos, se mantienen inactivos mediante procesos químicos dentro del ADN de Amoebidium, lo que sugiere una relación más compleja entre los virus y sus huéspedes, lo que podría afectar nuestra comprensión de la evolución genética de otros organismos, incluidos los humanos.

Los microorganismos revelan cómo nuestros predecesores unicelulares incorporaron ADN viral en sus propios genomas.

Los investigadores han descubierto restos de antiguos virus gigantes en el genoma de Amoebidium, un organismo unicelular, lo que sugiere que dichas secuencias virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de formas de vida complejas. Este estudio destaca la relación dinámica entre los virus y sus huéspedes, que también refleja la genética humana.

Un nuevo estudio publicado en la revista científica ha descubierto un giro sorprendente en la historia evolutiva de la vida compleja. Avances científicosInvestigadores de la Universidad Queen Mary de Londres han descubierto que un organismo unicelular, estrechamente relacionado con los animales, contiene restos de antiguos virus gigantes en su código genético. Este descubrimiento proporciona una mejor comprensión de cómo los organismos complejos pudieron adquirir algunos de sus genes y destaca la interacción dinámica entre los virus y sus huéspedes.

El estudio se centró en un microbio llamado Amoebidium, un parásito unicelular que se encuentra en ambientes de agua dulce. Al analizar el genoma de Amoebidium, los investigadores dirigidos por el Dr. Alex de Mendoza Soler, profesor titular de la Escuela de Ciencias Biológicas y del Comportamiento de Queen Mary, descubrieron una sorprendente abundancia de material genético de virus gigantes, algunos de los virus más grandes conocidos por la ciencia. Estas secuencias virales estaban fuertemente metiladas, una etiqueta química que a menudo silencia los genes.

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«Es como encontrar caballos de Troya escondidos dentro del Amoebidium ADN«Estas inserciones virales son potencialmente peligrosas, pero Amoebidium parece controlarlas silenciándolas químicamente», explica el Dr. de Mendoza Soler.


El microbio Amoebidium appalachense vive su ciclo de desarrollo en el laboratorio. Los núcleos se dividen dentro de una célula hasta la madurez (~40 h en el video), cuando cada núcleo se convierte en una sola célula y la colonia se rompe dando lugar a la descendencia. Crédito: Álex de Mendoza

Investigación actual e implicaciones.

Luego, los investigadores estudiaron el alcance de este fenómeno. Compararon los genomas de varios aislados de Amoebidium y encontraron una variación significativa en el contenido viral. Esto sugiere que el proceso de integración y silenciamiento viral es continuo y dinámico.

«Estos resultados desafían nuestra comprensión de la relación entre los virus y sus huéspedes», afirma el Dr. de Mendoza Soler. “Tradicionalmente, los virus se consideran invasores, pero este estudio sugiere una historia más compleja. Las inserciones virales pueden haber desempeñado un papel en la evolución de organismos complejos al proporcionarles nuevos genes. Y esto es posible gracias a la domesticación química del ADN de estos intrusos. »

Células de Amoebidium apalachense

Células de Amoebidium appalachense teñidas para detectar ADN (en azul, que muestra el núcleo) y actina (en verde), resaltando las membranas celulares en la etapa de celularización de la colonia. Crédito: Álex de Mendoza

Además, los descubrimientos realizados sobre Amoebidium ofrecen paralelos intrigantes con la forma en que nuestros propios genomas interactúan con los virus. Al igual que Amoebidium, los humanos y otros mamíferos tienen restos de virus antiguos, llamados retrovirus endógenos, incrustados en su ADN. Si bien estos restos se consideraban anteriormente “ADN basura” inactivo, ahora algunos pueden ser beneficiosos. Sin embargo, a diferencia de los virus gigantes que se encuentran en Amoebidium, los retrovirus endógenos son mucho más pequeños y el genoma humano es significativamente más grande. Investigaciones futuras pueden explorar estas similitudes y diferencias para comprender la compleja interacción entre virus y formas de vida complejas.

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Referencia: “La metilación del ADN permite la endogenización recurrente de virus gigantes en un animal relacionado” por Luke A. Sarre, Iana V. Kim, Vladimir Ovchinnikov, Marine Olivetta, Hiroshi Suga, Omaya Dudin, Arnau Sebé-Pedrós y Alex de Mendoza, 12 de julio , 2024, Avances científicos.
DOI: 10.1126/sciadv.ado6406

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Horoscopo

Estas imágenes en primer plano del Sol son tan locas que no creerás lo que ven tus ojos.

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3 días ago

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julio 24, 2024

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Estas imágenes en primer plano del Sol son tan locas que no creerás lo que ven tus ojos.

Algunos astrofotógrafos saben cuándo han logrado una fotografía increíble, y Mark Johnston, que también es embajador del Sistema Solar de la NASA, logró capturar una fotografía del Sol desde su patio trasero en Arizona. Johnston compartió la imagen con El mundo de las cámaras digitales.y son tan detallados que casi parecen generados por computadora.

Debes saber que tomar imágenes del Sol puede resultar complicado. De hecho, incluso mirar la estrella de nuestro sistema solar a través de la lente de una cámara puede resultar extremadamente peligroso. Por lo tanto, tomar fotografías detalladas como las que aparecen en el portafolio de Johnston requiere tener el equipo adecuado y buen ojo para los detalles.

Actualmente nos encontramos en medio de lo que los científicos llaman máximo solar, que es cuando el Sol está más activo. Esto significa muchas manchas solares y eventos solares como eyecciones de masa coronal y erupciones solares. Esto también significa muchas oportunidades para tomar excelentes fotografías del Sol.

Una fotografía extremadamente detallada del Sol tomada por una sonda espacial. Fuente de la imagen: NSO/AURA/NSF

Las imágenes que Johnston capturó esta vez son nada menos que excepcionales, y el paisaje de Arizona proporciona una vista clara de la estrella que orbita nuestro planeta. Y, debido a que su ubicación particular es en las montañas de Arizona, es capaz de mirar la atmósfera sin tener que hacer tanto esfuerzo.

Esto genera algunas tomas increíbles, y es realmente difícil mirar estas fotografías del Sol sin sentir que estás mirando material promocional generado por computadora. La cantidad de detalles aquí es notable y ciertamente se necesitó un telescopio particularmente poderoso para lograrlo.

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Hemos visto imágenes del Sol igualmente detalladas de otros astrofotógrafos, y Johnston se une a las filas de aquellos que han logrado capturar la estrella central de nuestro sistema solar con una luz que de otro modo no podríamos percibir. Los físicos antiguos sólo podían haber soñado con ver el Sol con tanto detalle.

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