Colisión entre dos cuerpos de masas semejantes puede explicar la formación de Mercurio

Un estudio publicado en la revista Nature Astronomy desafía las explicaciones tradicionales sobre el origen del planeta más interno del Sistema Solar y propone un escenario más probable. La “trombada” habría arrancado hasta el 60 % de su manto original, lo que explicaría su elevada metalicidad

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – La formación de Mercurio sigue siendo un problema no resuelto. El planeta más cercano al Sol posee un núcleo metálico desproporcionadamente grande —alrededor del 70 % de su masa— y un manto rocoso relativamente pequeño. La explicación más aceptada hasta ahora era que Mercurio perdió gran parte de su corteza y de su manto tras una colisión catastrófica con un cuerpo celeste de gran tamaño. Pero las simulaciones dinámicas muestran que este tipo de impacto, que involucra cuerpos con masas muy diferentes, es extremadamente raro. Un nuevo estudio propone una explicación alternativa, basada en un tipo de evento mucho más común en los inicios del Sistema Solar: una colisión tangencial entre cuerpos de masas semejantes.

El artículo, cuyo primer autor es el astrónomo Patrick Franco, doctor por el Observatorio Nacional de Brasil y posdoctorando en el Institut de Physique du Globe de Paris, en Francia, fue publicado en la revista Nature Astronomy.

“Mediante simulación, mostramos que la formación de Mercurio no requiere colisiones excepcionales. Un impacto rozante entre dos protoplanetas de masas semejantes puede explicar su composición. Este es un escenario mucho más plausible desde el punto de vista estadístico y dinámico”, dice Franco. “Nuestro trabajo parte de la constatación, hecha en simulaciones anteriores, de que las colisiones entre cuerpos muy desiguales son eventos extremadamente raros. En cambio, las colisiones entre objetos de masas semejantes son más comunes y el objetivo del estudio fue precisamente verificar si esas colisiones serían capaces de producir un planeta con las características observadas en Mercurio”.

Esa posible colisión habría ocurrido en una fase relativamente tardía de la formación del Sistema Solar, cuando cuerpos rocosos de tamaños semejantes disputaban espacio en las regiones internas, más próximas al Sol. “Eran objetos en evolución, dentro de un vivero de embriones planetarios, interactuando gravitacionalmente, perturbando las órbitas unos de otros e incluso colisionando, hasta que quedaran solo las configuraciones orbitales bien definidas y estables que conocemos hoy”, describe Franco, quien se graduó (licenciatura en matemáticas y maestría en física) en la Facultad de Ingenierías y Ciencias de la Universidad Estadual Paulista, campus Guaratinguetá (FEG-Unesp).

Para recrear ese escenario hipotético, los investigadores utilizaron un método numérico computacional llamado “hidrodinámica de partículas suavizadas” (smoothed particle hydrodynamics, SPH), que permite simular gases, líquidos y materiales sólidos en movimiento, especialmente en contextos donde ocurren grandes deformaciones, colisiones o fragmentaciones.

Este método, ampliamente usado tanto en cosmología, astrofísica y dinámica planetaria como en ingeniería y computación gráfica, emplea como recurso matemático la función lagrangiana (de Joseph Louis Lagrange, 1736-1813), que describe la evolución de un sistema considerando cómo cada punto o partícula constituyente se mueve individualmente en el espacio a lo largo del tiempo. A diferencia del formalismo euleriano (de Leonhard Paul Euler, 1707-1783), que observa lo que ocurre en puntos fijos del espacio, la función lagrangiana sigue, por así decirlo, el “punto de vista” de la partícula en movimiento.

“Mediante simulaciones detalladas de hidrodinámica de partículas suavizadas, comprobamos que es posible reproducir con gran precisión tanto la masa total de Mercurio como su inusual relación entre metal y silicato. El margen de error del modelo quedó por debajo del 5 %”, relata Franco.

La propuesta ayuda a explicar por qué Mercurio presenta una baja masa total a pesar de tener un gran núcleo metálico, y por qué retiene solo una delgada capa de material rocoso. “Partimos de la suposición de que Mercurio poseía inicialmente una composición semejante a la de los demás planetas terrestres. La colisión habría arrancado hasta el 60 % de su manto original, lo que explicaría su elevada metalicidad”, detalla el investigador.

¿Dónde están los restos?

Además, el nuevo modelo evita una limitación de los escenarios anteriores. “En esos escenarios, el material arrancado durante la colisión es reincorporado por el propio planeta. Si así fuera, Mercurio no exhibiría su actual desproporción entre núcleo y manto. Pero, en el modelo que estamos proponiendo, dependiendo de las condiciones iniciales, parte del material arrancado puede ser eyectada y no regresar, lo que preserva la desproporción entre núcleo y manto”, argumenta Franco.

En este caso, la cuestión obvia que surge es saber adónde fue a parar el material eyectado. “Si el impacto ocurrió en órbitas próximas, una posibilidad es que ese material haya sido incorporado por otro planeta en formación, quizá Venus. Es una hipótesis que aún necesita investigarse con mayor profundidad”, señala el investigador.

Según él, el modelo propuesto puede extenderse para investigar la formación de otros planetas rocosos y contribuir a la comprensión de los procesos de diferenciación y pérdida de material en los inicios del Sistema Solar. Las próximas etapas de la investigación deberán incluir comparaciones con datos geoquímicos de meteoritos y con muestras de misiones espaciales que estudian Mercurio, como la BepiColombo, una iniciativa conjunta de la Agencia Espacial Europea (ESA) y de la Agencia Japonesa de Exploración Aeroespacial (JAXA).

“Mercurio sigue siendo el planeta menos explorado de nuestro sistema. Pero eso está cambiando. Hay una nueva generación de investigaciones y misiones en curso, y muchas cosas interesantes aún van a surgir”, afirma Franco.

El estudio recibió apoyo parcial de la FAPESP por medio de la ayuda al Proyecto Temático “La relevancia de los pequeños cuerpos en dinámica orbital”.

El artículo Formation of Mercury by a grazing giant collision involving similar-mass bodies puede consultarse en: www.nature.com/articles/s41550-025-02582-y.