Los científicos descubren por qué el sistema solar interior parecía romper las leyes de la física

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La física detrás del sistema solar fue objeto de investigación durante mucho tiempo  (Getty Images/iStockphoto)
La física detrás del sistema solar fue objeto de investigación durante mucho tiempo (Getty Images/iStockphoto)

Los científicos creen haber resuelto el misterio de por qué el sistema solar interior gira mucho más lento de lo que sugieren las leyes de la física.

El anillo interior del sistema solar contiene finas capas de gas y polvo conocidas como discos de acreción, los cuales giran en espiral alrededor de las estrellas jóvenes y se dirigen lentamente hacia el interior.

Cuando este giro en espiral sucede, la parte interna del disco debería girar más rápido de acuerdo con las leyes del impulso angular, como un patinador artístico que gira más rápido cuando tiene los brazos cerrados que cuando los tiene abiertos.

Si bien las observaciones encontraron que la parte interna de un disco de acreción gira más rápido, no se mueve tan rápido como se predijo.

Los investigadores han dado muchas explicaciones posibles para este comportamiento: ya sea la fricción entre las partes giratorias internas y externas del disco de acreción, o los campos magnéticos que generan una “inestabilidad magneto-rotacional” que produce gas y turbulencia magnética que ralentiza la velocidad de rotación de la espiral de gas que gira hacia adentro.

Ninguna de estas explicaciones satisfizo a Paul Bellan, profesor de física aplicada en Caltech, porque los cálculos muestran que los discos de acreción tienen una fricción interna insignificante y la turbulencia era “preocupante”.

El profesor Bellan comenzó a analizar las trayectorias de átomos, electrones e iones individuales en el gas que formaba el disco, para ver cómo se comportaban las partículas al chocar y cómo se movían entre colisiones.

Mediante una simulación de alrededor de 40.000 partículas neutras y alrededor de 1.000 cargadas que podrían chocar entre sí, así como la gravedad y el magnetismo.

“Este modelo tenía la cantidad justa de detalles para recopilar todas las características esenciales”, dice el profesor Bellan, “porque era lo suficientemente grande como para comportarse como billones y billones de colisiones de partículas neutras, electrones e iones que orbitan una estrella en un campo magnético”.

La simulación mostró que las colisiones entre átomos neutros y partículas cargadas harían que los iones cargados positivamente giraran en espiral hacia adentro, mientras que los iones cargados negativamente giraran en espiral hacia afuera. El análisis de este comportamiento mostró que el impulso angular no se conserva, pero sí una fuerza llamada “impulso angular canónico”.

El impulso angular canónico es la suma del impulso angular ordinario original más una cantidad adicional que depende de la carga de una partícula y el campo magnético. Para las partículas neutras, no hay diferencia entre estas fuerzas, pero las partículas cargadas pueden cambiar drásticamente debido a la gran cantidad magnética.

La diferencia de carga aumenta el impulso de las partículas positivas y negativas, aumenta su impulso angular canónico, las partículas neutras pierden su impulso angular y se mueven hacia adentro.

Esta pequeña distinción tiene un enorme efecto dominó en una escala tan grande como el sistema solar, pues solo una entre mil millones de partículas necesitan cargarse para explicar la pérdida observada de impulso angular de las partículas neutras.

Este movimiento hace que el disco se asemeje a una batería gigante, tiene una terminal positiva cerca del centro y una terminal negativa en el borde. Esto crea un enorme flujo eléctrico y potencia chorros astrofísicos que salen disparados en ambas direcciones. Los astrónomos los observaron durante más de un siglo, sin que ellos supieran nunca la fuerza detrás de su origen.

La investigación, ‘Neutral-charged-particle Collisions as the Mechanism for Accretion Disk Angular Momentum Transport’ se publicó en Astrophysical Journal.

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