Rastrean el nacimiento de una superTierra

Dibujo artístico de los dos planetas similares a Saturno. /Efe
Dibujo artístico de los dos planetas similares a Saturno. / Efe

La forma exacta en que se forman los planetas sigue siendo una cuestión abierta, según los investigadores

EUROPA PRESSMadrid

Características observadas de muchos sistemas planetarios en sus primeras etapas de formación no parecen coincidir con el tipo de exoplanetas que constituyen el grueso de la población planetaria. Un nuevo modelo que da lugar a sistemas planetarios jóvenes ofrece una solución a este rompecabezas, que ha ocupado a los astrónomos desde que nuevas tecnologías de detección y misiones de caza de planetas como el telescopio espacial Kepler de la NASA han revelado miles de planetas orbitando otras estrellas.

"Proponemos un escenario que antes se consideraba imposible: cómo una superTierra puede tallar múltiples huecos en los discos", dice Ruobing Dong, compañero postdoctoral de Bart J. Bok en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona y autor principal en el estudio, que será publicado en el Astrophysical Journal. "Por primera vez, podemos reconciliar los misteriosos rasgos de disco que observamos y la población de planetas más comúnmente encontrados en nuestra galaxia".

La forma exacta en que se forman los planetas sigue siendo una cuestión abierta con una serie de problemas pendientes, según Dong. "Kepler ha encontrado miles de planetas, pero todos son muy viejos, orbitando alrededor de estrellas de unos miles de millones de años, como nuestro sol", explica. "Se podría decir que estamos mirando a los ciudadanos mayores de nuestra galaxia, pero no sabemos cómo nacieron".

Para encontrar respuestas, los astrónomos recurren a los lugares donde se están formando nuevos planetas: discos protoplanetarios, en cierto sentido, hermanos del sistema solar. Tales discos se forman cuando una vasta nube de gas interestelar y polvo se condensa bajo el efecto de la gravedad antes de colapsar en un disco giratorio. En el centro del disco protoplanetario brilla una estrella joven, de apenas unos pocos millones de años. A medida que las partículas de polvo microscópicas se unen para formar granos de arena, y los granos de arena se adhieren para formar guijarros, que se acumulan para convertirse en asteroides y finalmente en planetas, hasta que nace un sistema planetario como nuestro sistema solar.

"Estos discos tienen una vida muy corta", explica Dong. "Con el tiempo el material se disipa, pero no sabemos exactamente cómo sucede lo que sí sabemos es que vemos discos alrededor de estrellas que tienen un millón de años, pero no las vemos alrededor de estrellas que tienen 10 millones de años de antigüedad", añade.

En el escenario más probable, gran parte del material del disco se acrecienta sobre la estrella, parte es arrancado por la radiación estelar y el resto pasa a formar planetas. Aunque los discos protoplanetarios se han observado en relativa proximidad a la Tierra, todavía es extremadamente difícil distinguir cualquier planetas que puedan estar formando dentro. Más bien, los investigadores han confiado en características tales como lagunas y anillos para inferir la presencia de planetas. "Entre las explicaciones de estos anillos y las lagunas, los que involucran a los planetas son ciertamente los más emocionantes y que atraen más la atención", dice el coautor Shengtai Li, investigador del Laboratorio Nacional Los Alamos, Nuevo México. "A medida que el planeta gira en torno a la estrella puede despejar un camino a lo largo de su órbita, resultando en la brecha que vemos".

Excepto que la realidad es un poco más complicada, como lo demuestran dos de las observaciones más prominentes de los discos protoplanetarios, que se hicieron con el telescopio ALMA en Chile. ALMA es un conjunto de 66 antenas de radio de entre 7 y 12 metros de diámetro. Las imágenes de HL Tau y TW Hydra, obtenidas en 2014 y 2016, respectivamente, han revelado los mejores detalles hasta ahora en cualquier disco protoplanetario, y muestran algunas características difíciles, si no imposibles, de explicar con los modelos actuales de formación planetaria, dice Dong.

"Entre las lagunas de HL Tau y TW Hya reveladas por ALMA, dos pares de ellas son extremadamente estrechas y muy próximas entre sí", explica. "En la teoría convencional, es difícil para un planeta abrir esas brechas en un disco. Nunca pueden ser tan estrechas y tan cercanas entre sí por razones de la física involucrada". En el caso de HL Tau y TW Hya, uno tendría que invocar a dos planetas cuyas órbitas se abrazan muy de cerca, un escenario que no sería estable con el tiempo y por lo tanto es poco probable.

Si bien los modelos anteriores podrían explicar las grandes lagunas únicas que se cree que son indicativas de los planetas que limpian los escombros y el polvo en su camino, no tuvieron en cuenta las características más intrincadas reveladas por las observaciones de ALMA. El modelo creado por Dong y sus coautores da como resultado lo que el equipo llama simulaciones de observaciones sintéticas que se parecen exactamente a lo que ALMA vería en el cielo. El equipo de Dong logró esto ajustando los parámetros que entran en la simulación del disco protoplanetario en evolución, como asumir una baja viscosidad y añadir el polvo a la mezcla. La mayoría de las simulaciones anteriores se basaban en una mayor viscosidad del disco y sólo representaban el componente gaseoso del disco.

"La viscosidad en los discos protoplanetarios puede ser impulsada por la turbulencia y otros efectos físicos", dice Li. "Es una cantidad algo misteriosa, sabemos que está ahí, pero no sabemos su origen o cuán grande es su valor, así que pensamos que nuestras suposiciones son razonables, considerando que dan como resultado el patrón que realmente se ha observado en el cielo ", añade.

Aún más importante, las observaciones sintéticas surgieron de las simulaciones sin la necesidad de invocar gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter o mayores. "Una superTierra resultó ser suficiente para crear los múltiples anillos y las brechas múltiples y estrechas que vemos en las observaciones reales", dice Dong.

A medida que la investigación futura descubre más del funcionamiento interno de los discos protoplanetarios, Dong y su equipo refinarán sus simulaciones con nuevos datos. Por ahora, sus observaciones sintéticas ofrecen un escenario intrigante que proporciona un eslabón perdido entre las características observadas en muchos sistemas planetarios nacientes y sus contrapartes adultas.

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