¿Cuánta roca se ha "tragado" Júpiter?

Júpiter es un gigante gaseoso, con una masa aproximada de 317,8 veces la de la Tierra, y su atmósfera tiene una composición típica de los gases del espacio: casi un 75% de hidrógeno y casi un 24% de helio, (apenas diferente al gas primordial creado por la Gran Estallido). Sin embargo, su interior también contiene componentes de roca y metal.

Hasta hace poco tiempo se pensaba que el núcleo rocoso y metálico de Júpiter era bastante pequeño y compacto. Varios modelos dieron estimaciones de una masa central que oscila entre 7 y 18 masas terrestres. Pero los datos gravitacionales de la misión Juno han cambiado la imagen de manera bastante radical. Parece que el núcleo de Júpiter es difuso en lugar de compacto, ¡y se extiende borrosamente hasta casi la mitad del radio del planeta! En la actualidad, no estamos muy seguros de cómo se formó dicho núcleo, pero la hipótesis principal es que el núcleo primordial de Júpiter fue destrozado por un evento de impacto extremo.

De Nature ,  DOI: 10.1038/s41586-019-1470-2 La formación del núcleo diluido de Júpiter por un impacto gigante por Shang-Fei Liu, Yasunori Hori, Andrea Isella:

La misión Juno ha proporcionado una determinación precisa del campo gravitatorio de Júpiter, que se ha utilizado para obtener información sobre la composición y estructura interna del planeta. Varios modelos de la estructura de Júpiter que se ajustan a los datos de la sonda sugieren que el planeta tiene un núcleo diluido, con una masa total de elementos pesados ​​que oscila entre diez y unas pocas decenas de masas terrestres (alrededor del 5 al 15 por ciento de la masa joviana), y que los elementos pesados ​​(elementos distintos del hidrógeno y el helio) se distribuyen dentro de una región que se extiende hasta casi la mitad del radio de Júpiter.

Los modelos de formación de planetas indican que la mayoría de los elementos pesados ​​se acumulan durante las primeras etapas de la formación de un planeta para crear un núcleo relativamente compacto y que casi no se acumulan sólidos durante la posterior acumulación de gas fuera de control. El núcleo diluido de Júpiter, combinado con su posible alto enriquecimiento de elementos pesados, desafía la teoría estándar de formación de planetas.

Una posible explicación es la erosión del núcleo de elementos pesados ​​inicialmente compacto, pero la eficacia de dicha erosión es incierta y depende tanto de la inmiscibilidad de los materiales pesados ​​en el hidrógeno metálico como de la mezcla convectiva a medida que evoluciona el planeta. Otro mecanismo que puede explicar esta estructura es el enriquecimiento planetesimal y la vaporización durante el proceso de formación, aunque los modelos relevantes normalmente no pueden producir un núcleo diluido extendido.

Aquí mostramos que una colisión frontal suficientemente enérgica (impacto gigante) entre un gran embrión planetario y el proto-Júpiter podría haber destrozado su núcleo primordial compacto y mezclado los elementos pesados ​​con la envoltura interna. Los modelos de tal escenario conducen a una estructura interna que es consistente con un núcleo diluido, que persiste durante miles de millones de años.

Sugerimos que las colisiones eran comunes en el sistema solar joven y que un evento similar también pudo haber ocurrido en Saturno, lo que contribuyó a las diferencias estructurales entre Júpiter y Saturno.

Por el contrario, la masa actual total del cinturón de asteroides es aproximadamente el 4% de la de nuestra Luna, por lo que es un poco menos del 0,05% de la masa de la Tierra. Sin duda, Júpiter se ha tragado numerosos asteroides y cometas a lo largo de su vida, pero incluso si se comiera todos los asteroides del cinturón de asteroides, eso solo representaría menos del 1 % de su contenido total de roca y metal, en comparación con la roca y el metal primordiales. que ha tenido desde su formación, incluida la roca y el metal que heredó del impactador del núcleo planteado como hipótesis por Liu et al.