La Nube de Oort

Publicado en odiseacósmica por Carlos Perla Hernandez

 

Representación artística de la Nube de Oort. El Sol y los planetas aparecen en la lejanía.

En la periferia de nuestro sistema solar existe un vasto enjambre de cometas que están siendo perturbados por estrellas distintas a nuestro Sol. Conocer la dinámica de esta nube podría ayudarnos a explicar cuestiones como las extinciones masivas en la Tierra.

A comienzos del siglo XIX, ya existían suficientes órbitas para estudiar su distribución estadística, sin embargo, surgió un problema. Alrededor de un tercio de las órbitas de los cometas eran hiperbólicas. Este tipo de órbitas son las que se esperan para objetos procedentes del espacio interestelar, en contraposición con las órbitas elípticas bien gobernadas por la gravedad del Sol. La existencia de órbitas hiperbólicas llevó a algunos astrónomos a sugerir que los cometas procedían del espacio interestelar y fueron cpaturados por encuentros con los planetas.

Para examinar esta hipótesis, los expertos en mecánica celeste extrapolaron las órbitas de los cometas de largo período hacia el pasado. Describieron que debido a las atracciones gravitacionales de los planetas distantes, las órbitas hiperbólicas no eran las órbitas originales de los cometas. Al viajar todavía más atrás en el tiempo y orientar las órbitas no en relación al Sol, sino en relación al centro de masas del sistema solar (la suma del Sol y todos los planetas), casi todas las órbitas eran elípticas, Por tanto, los cometas eran miembros del sistema solar y no vagabundos interestelares.

Además, aunque dos tercios de estas órbitas aparecían uniformemente distribuídas, casi un tercio tenían energías orbitales que las situaban en una "nube" bien definida estaban tan poco vinculadas al Sol que una estrella que pasase en las inmediaciones del Sol podía cambiar facilmente sus órbitas. Cada millón de años pasan a menos de un parsec de distancia (3, 26 años-luz) una docena de estrellas. Estos encuentros relativamente cercanos son suficientes para perturbar las órbitas de los cometas, cambiando sus inclinaciones de manera aleatoria y enviando una corriente de cometas hacia el sistema solar interior en órbitas muy elípticas. Cuando estos cometas incursionan en el sistema solar son dispersados por los planetas, ganando o perdiendo energía orbital. Algunos incluso escapan del sistema solar. El resto regresan y son nuevamente observados. Oort describe está nube como un jardín que es levemente perturbado por las estrelas.

Unos pocos cometas sin embargo, parecen realmente provenir del espacio interestelar. Pero esto probablemente sea incorrecto debido a la incertidumbre existente en el cálculo de las órbitas. Además las órbitas de los cometas pueden desplazarse debido a las fuerzas no gravitacionales que se producen por la emisión chorros de gas y polvo de sus núcleos cuando se acercan al Sol. Estos chorros actúan como pequeños motores a reacción que poco a poco van cambiando las órbitas. Estas mismas fuerzas pueden provocar que las órbitas parezcan hiperbólicas cuando en realidad son elípticas.

A qué distancia se movían verdaderamente los cometas fue algo que sólo se comenzó a aclarar cuando se consiguió determinar sus órbitas. En 1705 el astrónomo inglés Edmond Halley compiló el primer catálogo de 24 cometas. Las observaciones eran bastante poco detalladas y Halley sólo pudo asignar toscas parábolas a las trayectorias de los comentas. Sin embargo, defendía que las órbitas debían ser grandes elipses alrededor del Sol.


Orbita del conocido cometa Halley

Halley describió a los cometas como astros que se movían en órbitas entre las estrellas. En cierto sentido, esto anticipaba el descubrimiento de la Nube de Oort dos siglos y medio antes de que fuera propuesta. Halley también advirtió que los cometas de 1531, 1607 y 1682 tenían órbitas muy similares y sus apariciones estaban separadas por intervalos de 76 años. Estos cometas aunque podrían parecer distintos, sugirió Halley, eran realmente un solo cuerpo que regresaba a intervalos regulares. Ese cuerpo conocido ahora como cometa Halley nos visitó por última vez en 1986 antes de alejarse a las profundidades de nuestro sistema solar.

Desde los tiempos de Halley, los astrónomos han dividido los cometas en dos grupos de acuerdo al tiempo que tardan en completar una órbita (directamente relacionado con su distancia media al Sol). Los cometas de largo período como los brillantes Hale-Bopp y Hyakutake, tienen períodos orbitales mayores a 200 años; en cambio los cometas de corto período tardan menos de 200 años en describir una órbita completa en torno al Sol. En la década de los 90 se amplió esta clasificación al subdividir los cometa de largo período en dos grupos: cometas del la familia Júpiter, como el Encke o el Temple 2, con períodos de menos de 20 años y los cometas de período intermedio como el Halley, con períodos de revolución de entre 20 y 200 años.

Esta definiciones son un tanto arbitrarias pero reflejan diferencias reales. Los cometas de período intermedio y de largo período entran en la región de los planetas de forma aleatoria y desde todas las direcciones, mientras que los cometas de la familia Júpiter tienen órbitas cuyos planos coinciden con el plano eclíptico (el plano que ocupan los planetas) o tienen a lo sumo inclinaciones de hasta 40 grados. Los cometas de período intermedio o de largo período parecen venir de la Nube de Oort, mientras que sus primos de la familia Júpiter se cree que su orígen está en el Cinturón de Kuiper, una región de objetos helados situada en la eclíptica más allá de la órbita de Neptuno.

Oort mostró que los cometas en esta nube están tan débilmente ligados al Sol que las estrellas que se acercan de cuando en cuando, pueden cambiar fácilmente sus órbitas. Cada millón de años alrededor de una docena de estrellas pasan a menos de un parsec (3, 26 años-luz) del Sol. Este tipo de encuentros bastan para perturbar las órbitas de los cometas, alterando aleatoriamente sus inclinaciones y enviando un goteo de cometas hacia el sistema solar interior en órbitas muy excéntricas. Al entrar en el sistema solar interior por primera vez, los cometas son dispersados por la influencia gravitatoria de los planetas, perdiendo o ganado energía orbital. Algunos cometas son eyectados, escapando de nuestro sistema solar. El resto retorna y se observan nuevamente como miembros procedentes de la misma región distante. Oort describe a la "Nube" como un jardín perturbado débilmente por las estrellas.


Durante una lluvia de cometas, la cantidad de apariciones de cometas en nuestros cielos podría verse multiplicada por 300, incrementando considerablemente el riesgo de colisiones con los planetas

El enorme acierto de Oort al interpretar de forma correcta la distribución observada de los cometas de largo período, es aún más impresionantes cuando se considera que en el momento que hizo sus cálculos sólo disponía de los datos orbitales de 19 cometas. Ahora se sabe que los cometas de largo período que entran en la región de los planetas por primera vez proceden de una distancia de 44.000 unidades astronómicas. Los períodos de sus órbitas son inmensamente largos, del orden de 3, 3 millones de años.

Los astrónomos también se han dado cuenta que las perturbaciones estelares no son siempre ligeras. Ocasionalmente se acerca una estrella al Sol tan cerca que cruza la Nube de Oort, perturbando violentamente las órbitas de los cometas a su paso. Estadísticamente se estima que una estrella pasa a sólo 100.000 unidades astronómicas del Sol cada 36 millones de años, y a 3000 unidades astronómicas, cada 400 millones de años. Los cometas que se encuentran cerca de la trayectoria de la estrella, son arrojados violentamente al espacio interestelar, mientras las órbitas de los cometas sufren cambios significativos.

Aunque los encuentros estelares cercanos no afectan directamente a los planetas, la mayor aproximación de una estrella en la historia del sistema solar se estima que fue a tan sólo 900 unidades astronómicas del Sol, lo que habría tenido consecuencias devastadoras. En 1981 Jack G. Hills del Laboratorio Nacional de Los Alamos sugirió que un encuentro tan cercano habría provocado una "lluvia de cometas" en dirección a los planetas elevando considerablemente el número de impactos e posiblemente causando extinciones masivas en la Tierra. Según simuladores por computadora efectuadas por Pier Hurt del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, la frecuencia apariciones de cometas durante una lluvia podría haberse multiplicado por 300. La lluvia habría durado de 2 a 3 millones de años.

A finales de la década de los 90 Kenneth A. Farley y su colega en Caltech encontraron evidencias de una lluvia de cometas como esa. Utilizando el raro isótopo Helio 3 como marcador para el material extraterrestre trazaron la acumulación de partículas de polvo interplanetario en los océanos de la Tierra a través del tiempo. La velocidad de acumulación del polvo se cree que refleja el número de cometas que atraviesan la región de los planetas; cada cometa arroja polvo en su camino. Farley descubrió que esta velocidad se incrementó abruptamente en el Eoceno, hace unos 36 millones de años, y que descendió lentamente durante dos o tres millones de años, tal y como predecían los modelos de lluvias de cometas. El final del Eoceno se identifica con un evento de extinción moderado. Se han datado varios cráteres de impacto hacia ese momento. Los geólogos también han descubierto en los sedimentos terrestres iridio y capas de microtectitas que son indicios de impactos.


El acercamiento de la estrella Gliese 710 dentro de 1, 4 millones de años provocará un incremento en la frecuencia de cometas que visitan la región de los planetas en el sistema solar

¿Está la Tierra en peligro por una lluvia de cometas hoy en día? afortunadamente no. Joan García Sanchez de la Universidad de Barcelona, junto con Paul R. Weissmann, Robert A. Preston y Dayton L. Jones del Jet Propulsion Laboratory en California utilizaron las posiciones y velocidades de las estrellas, medidas por el satélite Hipparcos, para reconstruir las trayectorias de las estrellas que tuvieron encuentros con el Sol. Los científicos descubrieron que no existen evidencias de que ninguna estrella haya pasado cerca del Sol en el último millón de años. El próximo encuentro cercano sucederá dentro de 1, 4 millones de años, cuando la enana roja Gliese 710 atravesará el exterior de la Nube de Oort a 70.000 unidades astronómicas (alrededor de 1 año-luz) del Sol. A esa distancia Gliese 710 podría incrementar la cantidad de cometas que atraviesan el sistema solar interior alrededor de un 25% o incluso menos. Produciendo tal vez una llovizna, pero ciertamente no una lluvia.

Más sobre

• Universidad de Barcelona

Además de los encuentros con estrellas, la Nube de Oort es conocida por ser perturbada por otros dos efectos. En primer lugar la nube es suficientemente grande que perciba las fuerzas de marea generadas por el disco de la Vía Láctea y, en menor medida, por el núcleo galáctico. Estas mareas surgen debido a que el Sol y los cometas de la Nube de Oort están a distancias ligeramente distintas del plano medio del disco de la Galaxia o del centro galáctico, de esta manera sufren atracciones ligeramente diferentes. Las fuerzas de marea ayudan a que nuevos cometas se precipiten hacia el interior del sistema solar.

En segundo lugar las nubes moleculares gigantes pueden perturbar la Nube de Oort, tal y como sugirió Ludwig Biermann del Instituto Max Planck en 1978. Estas enormes nubes de gas hidrógeno frío son los lugares de nacimiento de estrellas y de sistemas planetarios, son de 100.000 a 1 millón de veces más masivas que el Sol. Cuando el sistema solar se acerca a una de ellas, la perturbación gravitatoria arranca cometas de sus órbitas y los lanza al espacio interestelar. Estos encuentros, aunque violentos, no son raros, suceden una vez cada 300 a 500 millones de años. En 1985 Hut y Scott D. Termaine, ahora en la Universidad de Princeton, mostraron que en la historia del sistema solar, las nubes moleculares han ejercido los mismos efectos acumulativos que los encuentros estelares.

Actualmente hay tres cuestiones principales que preocupan a los investigadores de la Nube de Oort. En primer lugar conocer su estructura. En 1987 tres científicos Tremain, Quinn y Duncan estudiaron cómo las perturbaciones estelares y galácticas redistribuían los cometas en la Nube de Oort. Los cometas en la parte exterior de la nube se pierden rápidamente, las perturbación provocan que viajen hacia el espacio interestelar, o que se precipiten en el sistema solar interior. Pero es posible que más cerca del Sol existan cometas retenidos con mayor fuerza por el Sol que repongan gradualmente la población de cometas perdidos.


La misión Rosetta realizará la exploración más completa de un cometa hasta ahora cuando alcance el cometa Churyumov-Gerasimenko en 2014

Duncan, Quinn y Tremaine mostraron también que a medida que los cometas son perturbados de la Nube de Oort y "caen" hacia el sistema solar interior, sus inclinaciones orbitales tienden a permanecer. Esta es la razón principal por la que los astrónomos creen que el Cinturón de Kuiper, en lugar de la Nube de Oort, explica los cometas de baja inclinación, la familia Júpiter de cometas. Por eso la Nube de Oort es la fuente más probable de los cometas de período intermedio de gran inclinación orbital, como los cometas Halley y Swift-Tuttle. Fueron probablemente cometas de largo período que los planetas atrajeron hacia sus órbitas de corto período.

La segunda cuestión principal es conocer cuántos cometas pueblan la Nube de Oort. Este número depende de la velocidad en que los cometas abandonan la nube para dirigirse hacia el espacio interplanetario, Para explicar el número de cometas de largo período observados, los astrónomos estiman que la nube tiene entre dos y cinco billones de cometas, lo que hace que los cometas de la nube los cuerpos celestes más abundantes del sistema solar. Sólo entre un 20 a un 50% de ellos residen en las regiones externas, dinámicamente activas, de la nube descrita por Oort; mientras que el resto permanencen invisibles en la región central. Si suponemos que la masa de un cometa es típicamente de 40.000 millones de toneladas, la masa total de los cometas de la Nube de Oort sería de entre 13 y 34 veces la masa de la Tierra.

Finalmente, deberíamos responder a la pregunta de ¿De dónde proceden originalmente los cometas de la nube? No pueden haberse formado en sus posiciones actuales, puesto que el material está demasiado disperso a distancias tan grandes del Sol, como para que estos cuerpos puedan haberse condensado ahí. Tampoco se originaron en el espacio interplanetario; la captura de cometas por parte del Sol, es muy ineficiente. El único lugar que nos queda es nuestro sistema planetario. Oort especuló que los cometas se formaron en el cinturón de asteroides y que después fueron eyectados por la gravedad de los planetas gigantes durante la etapa de formación planetaria. Sin embargo, los cometas son cuerpos helados, y el cinturón de asteroides es un lugar demasiado caliente para que se condensasen los hielos.