ALMA revela zonas de formación planetaria

Astrónomos, haciendo uso del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), han descubierto los indicios más claros encontrados hasta ahora de la reciente formación de planetas con masas varias veces superiores a la de Júpiter en los discos de gas y polvo que rodean a cuatro estrellas jóvenes. Mediciones del gas presente alrededor de las estrellas también proporcionan pistas adicionales acerca de las propiedades de estos planetas.

Prácticamente todas las estrellas se encuentran rodeadas de planetas, pero los astrónomos aún no comprenden totalmente cómo, y en qué condiciones, se forman. Para responder a estas interrogantes, ellos estudian los discos giratorios de gas y polvo que se encuentran alrededor de estrellas jóvenes a partir de los cuales se forman estos cuerpos celestes. Pero estos discos son pequeños y están muy lejos de la Tierra, por lo que se necesitó de la potencia de ALMA para que develaran sus secretos.

Un tipo especial de discos, denominados discos de transición, presenta una sorprendente ausencia de polvo en su centro, en la región que rodea a la estrella. Se han propuesto dos ideas principales para explicar estos misteriosos vacíos. En primera instancia, los fuertes vientos estelares y la intensa radiación podrían haber arrastrado o destruido el material circundante [1]. Por otra parte, los masivos planetas jóvenes en proceso de formación podrían haber eliminado el material a medida que orbitan la estrella [2].

La incomparable sensibilidad y nitidez de imagen que entrega ALMA ya han permitido al equipo de astrónomos, liderado por Nienke van der Marel perteneciente al Observatorio de Leiden, en los Países Bajos, graficar la distribución de gas y polvo en cuatro de estos discos de transición como nunca antes se había logrado [3].  Como consecuencia, esto les permitió  por primera vez seleccionar una de las dos alternativas como la causa de los vacíos.

Las nuevas imágenes muestran que existen cantidades significativas de gas dentro de los vacíos de polvo[4]. Sin embargo, para sorpresa del equipo, había también un vació en el gas, hasta tres veces más pequeño que el del polvo.

Esto sólo podría explicarse en un escenario en el que planetas masivos de reciente formación despejaron el gas a medida que se movían a lo largo de sus órbitas, pero atraparon las partículas de polvo en regiones más lejanas [5].

“Observaciones anteriores ya habían entregado indicios de la presencia de gas en el interior de los vacíos de polvo,” explica Nienke van der Marel. “Pero ya que ALMA puede entregar imágenes del material presente en todo el disco con mucho más detalle que otras instalaciones, pudimos descartar el escenario alternativo. El gran vacío señala claramente la presencia de planetas con varias veces la masa de Júpiter, creando estas cavernas a medida que se mueven rápidamente a través del disco”.

De manera sorprendente, estas observaciones se llevaron a cabo utilizando sólo una décima parte del poder de resolución actual de ALMA, ya que se realizaron mientras la mitad del conjunto de antenas aún se encontraba en construcción en el llano de Chajnantor, en el norte de Chile.

Ahora otros estudios son necesarios para determinar si más discos de transición también apuntan hacia este mismo escenario, aunque las observaciones de ALMA han entretanto proporcionado a los astrónomos una nueva y valiosa información acerca del complejo proceso de la formación planetaria.

“Todos los discos de transición estudiados hasta ahora con grandes cavidades de polvo también presentan cavidades de gas. Así, con ALMA, podemos ahora descubrir dónde y cuándo nacen planetas gigantes en estos discos, y comparar estos resultados con los modelos de formación planetaria», dice Ewine van Dishoeck, también de la Universidad de Leiden y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching[6]. “La detección de planetas de manera directa está prácticamente al alcance de los instrumentos actuales, y los telescopios de la próxima generación que se encuentran ahora en construcción, como el European Extremely Large Telescope, serán capaces de llegar mucho más lejos. ALMA les está indicando hacia dónde deben mirar”.

Notas

[1] Este proceso, que despeja el polvo y el gas desde adentro hacia afuera, se conoce como fotoevaporación.

[2] Estos planetas son difíciles de observar directamente (eso1310) y los estudios anteriores en longitudes de onda milimétricas (eso1325) no pudieron entregar una vista nítida de sus zonas interiores de formación planetaria donde estas diferentes explicaciones podrían ponerse a prueba. Otros estudios (eso0827) no pudieron medir el volumen del gas en estos discos.

[3] Los cuatro objetivos de estas investigaciones fueron SR 21, HD 135344B (también conocido como SAO 206462), DoAr 44 y Oph IRS 48.

[4] El gas presente en los discos de transición está compuesto principalmente por hidrógeno, y se puede rastrear a través de observaciones de la molécula de monóxido de carbono (CO).

[5] El proceso de captura de polvo se explica en un anuncio anterior (eso1325).

[6] Otros ejemplos incluyen los discos de transición HD 142527 (eso1301 y aquí) y J1604-2130.