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Los científicos creen haber resuelto el misterio de por qué el sistema solar interior gira mucho más lentamente de lo que las leyes de la física sugieren que debería hacerlo.
El anillo interior del sistema solar contiene finas capas de gas y polvo conocidas como discos de acreción, que giran alrededor de estrellas jóvenes dirigiéndose lentamente hacia el interior.
Cuando esto ocurre en espiral, la parte interior del disco debería girar más rápido según las leyes del momento angular – como un patinador artístico que gira más rápido cuando sus brazos están dentro que cuando están fuera.
Aunque las observaciones han revelado que la parte interior de un disco de acreción sí gira más rápido, no se mueve tan rápido como se había predicho.
Los investigadores han dado muchas explicaciones posibles a este comportamiento: ya sea por la fricción entre las partes giratorias interior y exterior del disco de acreción, o por los campos magnéticos que generan una “inestabilidad magnetorotacional” que produce una turbulencia gaseosa y magnética que ralentiza la velocidad de rotación del gas en espiral hacia el interior.
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 los átomos, electrones e iones individuales en el gas que formaba el disco, para ver cómo se comportaban las partículas al colisionar y cómo se movían entre colisiones.
Utilizando una simulación de unas 40.000 partículas neutras y unas 1.000 cargadas que podían colisionar entre sí, así como la gravedad y el magnetismo.
“Este modelo tenía la cantidad justa de detalles para capturar todas las características esenciales”, dice el profesor Bellan, “porque era lo suficientemente grande como para comportarse como trillones y trillones de partículas neutras, electrones e iones en colisión orbitando una estrella en un campo magnético.”
La simulación mostró que las colisiones entre los átomos neutros y las partículas cargadas harían que los iones con carga positiva entraran en espiral, mientras que las elecciones con carga negativa lo hicieran hacia fuera. El análisis de este comportamiento mostró que el momento angular no se conserva, pero sí una fuerza llamada “momento angular canónico”.
El momento angular canónico es la suma del momento angular ordinario original más una cantidad adicional que depende de la carga de una partícula y del 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 momento de las partículas positivas y negativas aumenta su momento angular canónico, y las partículas neutras pierden momento angular y se mueven hacia adentro.
Esta pequeña distinción tiene un enorme efecto dominó a una escala tan grande como la del sistema solar, ya que sólo es necesario que una de cada mil millones de partículas esté cargada para explicar la pérdida de momento angular observada de las partículas neutras.
Este movimiento hace que el disco se asemeje a una batería gigante, con un terminal positivo cerca del centro y un terminal negativo en el borde. Esto crea un enorme flujo eléctrico e impulsa chorros astrofísicos que salen disparados en ambas direcciones; éstos han sido observados por los astrónomos durante más de un siglo, sin que hayan llegado a conocer la fuerza que hay detrás de su origen.
La investigación, ‘Colisiones de partículas neutras y cargadas como mecanismo de transporte del momento angular del disco de acreción‘, se publicó en la revista Astrophysical Journal.
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