Un nuevo estudio dice que los planetesimales sobrantes, no los asteroides, crearon los cráteres más grandes de la luna

La superficie picada de la luna cuenta la historia de su historia. Está marcado por más de 9.000 cráteres de impacto, según la Unión Astronómica Internacional (IAU). Los más grandes se llaman cuencas de impacto, no cráteres. Ahora, un nuevo estudio publicado en Las cartas del diario astrofísico afirma que los asteroides no crearon las cuencas; los planetesimales sobrantes lo hicieron.

La hipótesis del impacto gigante defiende la idea de que la luna se creó cuando un protoplaneta del tamaño de Marte se estrelló contra la Tierra hace unos 4.500 millones de años. La colisión envió material fundido a la órbita alrededor de la Tierra. Parte de ese material cayó a la Tierra y parte se fusionó para convertirse en la luna.

A medida que la roca fundida se unía, la luna experimentaba una fase llamada océano de magma lunar (OVM). Toda la superficie de la luna se fundió durante el OVM, y aunque los astrónomos no dudan de que objetos masivos chocaron con la luna durante ese episodio, no hay registro de ellos. Solo una vez que la luna se solidificó, los impactos podrían dejar una marca duradera.

Los investigadores intentan comprender la luna reconstruyendo la historia de los impactos lunares, y la solidificación del OVM marca la hora cero para el registro de impactos de la luna. Dado que la luna es geológicamente inactiva, cada impactador que golpeó la luna desde la hora cero dejó una marca que todavía está allí hasta el día de hoy.

Algunos de los cráteres de la luna son tan grandes que se llaman cuencas de impacto, no cráteres. Las cuencas no solo son más grandes que los cráteres, sino que también son más complejas y tienden a tener un anillo de pico central en lugar de un solo pico central. Las características de más de 300 km se denominan cuencas de impacto lunar, y hay alrededor de 50 de ellas. La cuenca de impacto más grande de la luna es la cuenca del Polo Sur Aitken (SPA), y tiene 2.494,5 kilómetros (1.550 millas) de diámetro. Texas podría caber dentro de él.

Un nuevo estudio dice que los planetesimales terrestres sobrantes formaron estas cuencas cuando chocaron contra la luna. El estudio, titulado «Formación de cuencas lunares a partir de impactos de planetesimales sobrantes», se publica en Las cartas del diario astrofísico. El autor principal es David Nesvorný del Southwest Research Institute (SwRI).

Los impactadores que crearon las cuencas jugaron un papel muy importante en la historia de la luna y controlaron gran parte de su geología. Cuando golpearon, eliminaron el material de la corteza existente del anillo del pico más interno y espesaron la corteza entre el anillo del pico interno y la cresta del borde exterior. Los basaltos mare de la luna, de los que tomaron muestras las misiones Apolo, están confinados en su mayoría a las depresiones topográficas en el medio de las cuencas.

Los impactos también crearon fallas y otras deformaciones en grandes regiones de la superficie lunar y excavaron material del manto. Este material del manto expuesto contiene pistas sobre los procesos fundamentales de formación y evolución planetaria.

Algunas cuencas de impacto todavía se conocen como yeguas lunares debido a su apariencia. Los humanos antiguos pensaban que las regiones oscuras dentro de las cuencas eran océanos. Las cuencas se llenaron de lava basáltica no cuando se formaron inicialmente, sino cuando otros impactadores golpearon el lado opuesto de la luna desde las cuencas y desencadenaron actividad volcánica. Las yeguas cubren alrededor del 16% de la superficie lunar.

Cuando se forman estas cuencas, el impacto propaga la eyección a lo largo y ancho, lo que ayuda a los investigadores a reconstruir la historia de la luna. Un cráter en la parte superior de la eyección debe ser más joven que la cuenca de impacto, y si una cuenca entierra parcialmente un cráter, entonces el cráter es más antiguo.

Investigaciones anteriores mostraron que los asteroides del cinturón principal son responsables de estas cuencas de impacto. «Se sospechaba que los impactadores que formaban la cuenca eran asteroides liberados de una extensión interna del cinturón principal (1,8-2,0 au)», escriben los autores. Pero en su artículo, los autores dicen que la mayoría de los impactadores eran planetesimales. «Aquí, mostramos que la mayoría de los impactadores eran planetesimales rocosos que quedaron entre ~ 0,5 y 1,5 au después de la acumulación de planetas terrestres».

Más planetesimales chocaron con la luna de los que aparecen en el registro porque los planetesimales eran más abundantes antes en la historia del sistema solar, y algunos habrían chocado durante la fase LMO de la luna. «… los primeros ~200 Myr de impactos no se registran en la superficie lunar», explican los investigadores.

Los investigadores crearon modelos para determinar el papel de los planetesimales en la formación de las cuencas lunares. Basaron sus modelos en investigaciones previas sobre la acumulación de planetas terrestres que muestran cómo los planetesimales cambiaron con el tiempo debido a las colisiones con otros objetos. Esto se llama molienda por colisión, que finalmente da como resultado una distribución uniforme del tamaño de los planetesimales. También se basaron en el modelado dinámico de asteroides y cometas para ver qué papel jugaron en los impactos lunares.

El trabajo de los autores muestra que los impactos de asteroides crearon la mayor cantidad de impactos en los últimos 3.500 millones de años. Pero antes de eso, los planetesimales causaron la mayor parte del daño. «La historia integrada de los impactos lunares muestra que los planetesimales sobrantes dominaron el flujo de impacto temprano (t 3,5 Ga; T se mide mirando hacia atrás desde hoy)», dijeron los investigadores. Los cometas crearon algunos cráteres de impacto en el sistema solar, pero no muchos, en comparación con los asteroides y los planetesimales.

Sus resultados también muestran que alrededor de 500 planetesimales de 20 km de diámetro golpearon la luna durante su fase LMO. Pero esos impactos no dejaron una marca duradera.

La cuenca prominente de Imbrium es un poco atípica, según este trabajo. En su modelo, el planetesimal que creó la cuenca de Imbrium «ocurre con una probabilidad del 15% al ​​35%», era mayor o igual a unos 100 km de diámetro y golpeó hace unos 3920 millones de años. Los autores dicen que debe haberse formado tarde porque solo tiene dos cuencas más pequeñas superpuestas.

Los resultados también están respaldados por impactos en la Tierra. Pero sin cráteres de impacto para estudiar, los investigadores confían en los lechos de esférulas. Cuando los impactadores golpean la Tierra, crean una columna de roca vaporizada. La roca se condensa en diminutas rocas con forma de esfera llamadas esférulas que vuelven a la Tierra. Forman lechos de esférulas incrustados en la roca. «Nuestro modelo predice impactos de ~20 d > 10 km en la Tierra para T = 2,5–3,5 Ga.», dice el estudio. «Esto es similar al número de lechos de esférulas conocidos en el Arcaico tardío».

Esta figura del estudio muestra impactos tempranos de planetesimales de diámetro d> 20 km en la Luna. En los primeros mil millones de años después de la solidificación del OVM, los planetesimales terrestres sobrantes representaron la mayoría de las cuencas de impacto. Con el tiempo, se agotaron del Sistema Solar, dejando solo asteroides y cometas como impactadores lunares Crédito: David Nesvorný et al 2022 ApJL 941 L9

En este intervalo de tiempo, tanto los asteroides del cinturón principal como los planetesimales sobrantes golpearon la Tierra. Pero, escriben, «Mientras que los impactos de asteroides se distribuyeron de manera más uniforme en el Arcaico tardío, casi todos los impactos planetesimales deberían haber ocurrido antes de 3 Ga».

Los investigadores todavía están estudiando los cráteres de la luna y reconstruyendo la historia del sistema solar. Si bien la IAU reconoce oficialmente 9137 cráteres, de los cuales 1675 han sido fechados, es probable que estos números cambien. Una nueva investigación basada en datos del orbitador lunar Chang’e de China acerca el número de cráteres a 130.000. Otra investigación pone el número aún más alto: dos millones de cráteres de más de 1 a 2 km.

Esta cifra del estudio muestra la cantidad de impactadores de 10 km de diámetro o más grandes que golpearon la Tierra. Los planetesimales sobrantes representaron la mayoría de los impactos durante los primeros mil millones de años posteriores a la fase del océano de magma de la Tierra. El número de lechos de esférulas en la Tierra concuerda con su modelo, según los autores. La imagen insertada es la capa de esférulas de Monteville en Sudáfrica. Crédito: David Nesvorný. Crédito de la imagen insertada: Reimold Koeberl, 2014

Cualquiera que sea el número final, cada cráter es como un fósil. La Tierra carece de este registro fósil, y unir las piezas del registro fósil de impacto en la luna no solo revela la historia de la luna sino también la de la Tierra.