Mercurio pudo haberse formado por la colisión de dos protoplanetas

Espacio

Con información de Agência Fapesp - 08/08/2025

Instantáneas de la colisión capturadas en la simulación por computadora. [Imagen: Patrick Franco et al. - 10.1038/s41550-025-02582-y]

¿Cómo se formó Mercurio?

La formación del planeta Mercurio sigue siendo un problema sin resolver: el planeta más cercano al Sol tiene un núcleo metálico desproporcionadamente grande, con alrededor del 70% de su masa, y un manto rocoso relativamente pequeño.

La explicación más aceptada hasta ahora era que Mercurio perdió gran parte de su corteza y manto tras una colisión catastrófica con un gran cuerpo celeste. Sin embargo, las simulaciones dinámicas muestran que este tipo de impacto, que involucra cuerpos de masas muy diferentes, es extremadamente raro.

Por ello, los astrónomos proponen una explicación alternativa, basada en un tipo de evento que era mucho más común en el Sistema Solar primitivo: la colisión entre cuerpos celestes de masas similares.

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 escenario es mucho más plausible desde un punto de vista estadístico y dinámico, explica Patrick Franco, del Observatorio Nacional.

Un impacto rozante es un tipo de colisión entre cuerpos celestes que ocurre en un ángulo muy bajo (menos de 20 grados) en relación con la superficie del objeto impactado, donde uno casi roza al otro, en lugar de una colisión frontal.

«Nuestro trabajo se basa en la observación, realizada 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 era precisamente verificar si estas colisiones serían capaces de producir un planeta con las características observadas en Mercurio», añadió el investigador.

Resumen de los resultados de la simulación para la configuración con una relación núcleo-masa objetivo de 0,5. [Imagen: Patrick Franco et al. - 10.1038/s41550-025-02582-y]

Hidrodinámica de partículas suavizadas

Esta posible colisión habría ocurrido relativamente tarde en 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, perturbaban sus órbitas e incluso colisionaban, hasta que solo quedaron las configuraciones orbitales bien definidas y estables que conocemos hoy», describe Patrick.

Para recrear este escenario hipotético, los investigadores utilizaron un método numérico computacional llamado "hidrodinámica de partículas suavizadas", que permite simular gases, líquidos y materiales sólidos en movimiento, especialmente en contextos donde ocurren grandes deformaciones, colisiones o fragmentación.

Este método, ampliamente utilizado en cosmología, astrofísica, dinámica planetaria, ingeniería y gráficos por computadora, emplea la función lagrangiana (Joseph Louis Lagrange, 1736-1813) como recurso matemático. La función lagrangiana 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 (Leonhard Paul Euler, 1707-1783), que observa lo que sucede en puntos fijos del espacio, la función lagrangiana sigue, por así decirlo, el punto de vista de la partícula en movimiento.

El modelo resultante puede explicar con gran precisión por qué Mercurio tiene una masa total baja a pesar de tener un gran núcleo metálico, y por qué retiene sólo una fina capa de material rocoso.

Mediante simulaciones detalladas de hidrodinámica de partículas suavizadas, descubrimos que podemos reproducir con precisión tanto la masa total de Mercurio como su inusual proporción metal-silicato. El margen de error del modelo fue inferior al 5 % —dijo Patrick—. La colisión habría destruido hasta el 60 % del manto original de Mercurio, lo que explicaría su mayor metalicidad.

La sonda espacial BepiColombro es una misión conjunta europea y japonesa para estudiar la composición, la geofísica, la atmósfera, la magnetosfera y la historia de Mercurio. [Imagen: ESA/ATG/JAXA]

¿Donde están los restos?

El nuevo modelo también evita una limitación de los 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 núcleo-manto. Sin embargo, 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 núcleo-manto», argumenta Patrick.

En este caso, la pregunta obvia 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. Esta hipótesis aún requiere mayor investigación», afirmó el investigador.

Según Patrick, el modelo propuesto puede extenderse para investigar la formación de otros planetas rocosos y contribuir a la comprensión de los procesos de diferenciación y pérdida de material en el Sistema Solar primitivo. Los próximos pasos de la investigación deberían incluir comparaciones con datos geoquímicos de meteoritos y muestras de misiones espaciales, como la sonda BepiColombo, que estudiará Mercurio a partir del próximo año.

"Mercurio sigue siendo el planeta menos explorado de nuestro sistema. Pero eso está cambiando. Hay una nueva generación de investigaciones y misiones en marcha, y aún quedan muchos descubrimientos interesantes por descubrir", afirmó Patrick.

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