¿La Luna pudo formarse en solo cinco horas tras el impacto de Theia?

La Luna pudo comenzar a existir como un cuerpo prácticamente íntegro apenas cinco horas después del gigantesco impacto entre la Tierra primitiva y Theia, un protoplaneta aproximadamente del tamaño de Marte. No significa que nuestro satélite quedara terminado, frío y con el aspecto que presenta en el cielo actual. Significa algo bastante más concreto —y no menos extraordinario—: algunas simulaciones permiten que aparezca muy rápidamente un gran cuerpo lunar diferenciado y separado de la Tierra.

El resultado procede de un nuevo estudio dirigido por Adeene Denton, del Southwest Research Institute, junto con investigadores de la Universidad de Arizona. El trabajo introduce en los cálculos algo que durante años se había considerado secundario en una colisión de semejante violencia: la resistencia real de los materiales y su dependencia de la temperatura. Y ese detalle cambia bastante la película.

Un choque entre mundos que habría dado origen a la Luna

La hipótesis del gran impacto sigue siendo la explicación dominante para el nacimiento de la Luna. Hace alrededor de 4.500 millones de años, cuando el Sistema Solar era todavía un lugar bastante menos ordenado que el actual, un cuerpo planetario conocido como Theia habría colisionado con la Tierra joven.

Theia tendría unas dimensiones comparables a las de Marte. El encontronazo fue de escala planetaria: parte de ambos cuerpos quedó deformada, fundida o expulsada, mientras una enorme cantidad de material terminó orbitando alrededor de la Tierra.

Durante décadas, buena parte de las simulaciones describieron una escena relativamente sencilla. Theia choca, queda destruida y genera un disco protolunar de escombros; esos restos permanecen alrededor de la Tierra y, mediante sucesivas colisiones y agregaciones, terminan reuniéndose hasta formar la Luna.

El esquema era razonable. Había, sin embargo, una simplificación importante: los planetas se trataban casi como grandes masas fluidas. En un impacto capaz de fundir roca a escala continental, parecía poco relevante detenerse a estudiar si determinados materiales eran más rígidos o más resistentes. La física, de vez en cuando, se cobra estas pequeñas comodidades.

La dureza de las rocas cambia el resultado del impacto

El nuevo trabajo utiliza simulaciones hidrodinámicas de partículas suavizadas, conocidas por sus siglas inglesas SPH, pero añade propiedades mecánicas más realistas. Dicho de forma menos académica: las rocas y los metales de aquellos mundos no se comportan exactamente igual si están calientes, fríos, rígidos o parcialmente deformables.

Ese cambio aparentemente técnico altera la distribución del material después del choque. La resistencia de Theia y de la Tierra primitiva influye en cuánto se deforman, cómo absorben la energía y dónde terminan los fragmentos expulsados.

Los cuerpos planetarios recién formados conservan una gran cantidad de calor. Con el paso del tiempo van enfriándose, y sus materiales pueden comportarse de forma distinta. Una roca muy caliente es mecánicamente más débil que esa misma roca a menor temperatura. En un choque entre planetas, esa diferencia deja de ser un matiz.

La temperatura de Theia podría revelar cuándo ocurrió la colisión

Las simulaciones muestran que el estado térmico previo de la Tierra y Theia puede conducir a escenarios muy distintos. En unos casos aparece el conocido disco de restos alrededor de nuestro planeta y la Luna se forma progresivamente a partir de ese material.

En otros, la colisión permite que surja una Luna prácticamente intacta en cuestión de horas. Cuando los investigadores reprodujeron parámetros semejantes a los utilizados en modelos clásicos del gran impacto, pero incorporando la resistencia de los materiales, observaron la aparición de un cuerpo lunar separado después de alrededor de cinco horas.

Esto abre una consecuencia interesante. Como los protoplanetas se enfrían con el tiempo, conocer mejor la estructura inicial de la Luna podría aportar pistas sobre cuándo se produjo exactamente el impacto con Theia dentro de la juventud del Sistema Solar.

La Luna, vista así, no solo conservaría huellas de aquel choque. También podría funcionar como una especie de termómetro fósil del desastre.

Cinco horas no significan una Luna idéntica a la actual

Conviene poner freno antes de imaginar que alguien podría haber contemplado una Luna perfectamente formada cinco horas después del impacto. Las simulaciones describen la creación de un cuerpo lunar coherente y reconocible, no el final de toda su evolución geológica.

Después vendrían miles de millones de años de enfriamiento, diferenciación interna, impactos de asteroides, actividad volcánica y transformaciones de la corteza. Los mares oscuros visibles desde la Tierra, por ejemplo, aparecieron muchísimo después. Tampoco existía todavía la superficie plagada de cráteres que conocemos.

La relevancia del nuevo modelo está en otro sitio: reduce drásticamente el tiempo necesario para pasar de una colisión planetaria a un satélite de gran tamaño. Lo que tradicionalmente podía imaginarse como una lenta acumulación de restos podría, bajo determinadas condiciones, haber sido un proceso violentísimo y sorprendentemente rápido.

No es una demostración de que sucediera así. Es una simulación que muestra que ese desenlace es físicamente posible bajo determinados parámetros. La diferencia importa.

El gran enigma de la composición lunar sigue sin resolverse

El nuevo estudio tampoco resuelve uno de los problemas más incómodos de la hipótesis de Theia. Las muestras lunares analizadas desde las misiones Apolo revelan que la composición isotópica de la Luna es extraordinariamente parecida a la terrestre.

Si nuestro satélite procede en gran medida de otro planeta, cabría esperar diferencias más evidentes. Sin embargo, la Tierra y la Luna se parecen químicamente mucho más de lo que resulta sencillo explicar mediante algunos modelos clásicos del gran impacto.

Las nuevas simulaciones continúan produciendo lunas compuestas principalmente por material procedente de Theia, aunque incorporan también material terrestre. Queda, por tanto, esa vieja piedra en el zapato.

Una posibilidad es que Theia y la Tierra se formaran en regiones muy próximas del disco de material que rodeaba al joven Sol y que, desde el principio, tuvieran composiciones bastante parecidas. No sería entonces extraño que el resultado final conservara esa semejanza. Es plausible, pero todavía no cierra el caso.

La investigación tiene también una derivada menos evidente. Si satélites como la Luna pueden surgir con enorme rapidez tras una colisión, los astrónomos que buscan lunas alrededor de exoplanetas quizá tengan menos oportunidades de observar las etapas intermedias de su nacimiento.

Un disco de escombros que existe durante muchísimo tiempo ofrece una señal astronómica potencialmente detectable. Si el material se reorganiza y produce un gran satélite en horas o en un periodo muy breve, esa ventana de observación prácticamente desaparece.

Esto no implica que buscar discos alrededor de exoplanetas sea inútil. Los satélites de planetas gigantes, por ejemplo, pueden originarse mediante mecanismos distintos a una colisión como la de Theia. Pero sí obliga a reconsiderar qué señales deben buscarse cuando se estudian planetas rocosos semejantes a la Tierra.

La historia lunar vuelve a empezar en el impacto

Durante mucho tiempo, el gran impacto se trató sobre todo como el instante que proporcionó los materiales necesarios para construir la Luna. El nuevo trabajo sugiere algo más radical: las condiciones exactas de aquel choque podrían haber decidido no solo de qué estaba hecha la Luna, sino también con qué rapidez nació.

Temperatura, resistencia de las rocas, velocidad y geometría de la colisión dejan de ser detalles secundarios. Pueden separar dos historias completamente diferentes: una Luna ensamblada lentamente desde un anillo de restos o un enorme satélite surgido casi de golpe después del cataclismo.

Cinco horas, en términos planetarios, son poco más que un pestañeo. Y quizá eso fuera suficiente para que la Tierra, todavía joven y abrasadora, dejara de viajar sola.