Los astrónomos han descubierto, por primera vez, que se forman lunas en el disco de escombros alrededor de un gran exoplaneta. Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que así es como los planetas más grandes, como Júpiter en nuestro propio Sistema Solar, obtienen sus lunas. Todo sucede alrededor de una estrella muy joven llamada PDS 70, a unos 370 años luz de distancia en la constelación Centaurus.
"Por primera vez, podemos ver de manera concluyente los signos reveladores de un disco circumplanetario ..."
Andrea Isella, autora principal, Rice University
La teoría aceptada de cómo se forman los planetas se llama hipótesis nebular. Todo comienza con la formación de una estrella en una enorme nube de gas llamada nube molecular gigante (GMC). A medida que se forma la estrella, la nube se transforma en un disco aplanado giratorio de gas y polvo llamado disco protoplanetario o disco circunestelar. La materia comienza a unirse en grupos en este disco, y estos grupos se convierten en planetas.
Si la masa de un planeta que se forma en el disco crece más de aproximadamente 10 masas terrestres, sucede algo más. Debido a su masa, ese planeta abre una brecha en el disco protoplanetario. A medida que el material pasa a través de esa brecha, puede acercarse lo suficiente al planeta como para que la gravedad del planeta domine la gravedad de la estrella anfitriona. Ese material queda atrapado en un disco circumplanetario (CPD) que gira alrededor del planeta, como un disco dentro de un disco.
Gran parte del material dentro de un disco circumplanetario se acumula en el planeta en formación. Pero no todo. Las mismas fuerzas que crearon planetas fuera del disco circunestelar van a trabajar. Pueden crear lunas a partir del material que gira en el disco alrededor del planeta.
Ahora, un equipo de astrónomos ha visto este disco circumplanetario, y las lunas que se forman en él, por primera vez.
El autor principal del estudio que describe estos hallazgos es Andrea Isella, astrónoma de la Universidad Rice en Houston, Texas. Los hallazgos se publicaron en las cartas de The Astrophysical Journal y se titula "Detección de emisiones submilimétricas continuas asociadas con protoplanetas candidatos".
"Los planetas se forman a partir de discos de gas y polvo alrededor de estrellas que se están formando recientemente, y si un planeta es lo suficientemente grande, puede formar su propio disco a medida que reúne material en su órbita alrededor de la estrella", dijo Isella. "Júpiter y sus lunas son un pequeño sistema planetario dentro de nuestro sistema solar, por ejemplo, y se cree que las lunas de Júpiter se formaron a partir de un disco circumplanetario cuando Júpiter era muy joven".
Todo está sucediendo alrededor de la estrella PDS 70. Esa estrella apareció en las noticias hace aproximadamente un año cuando los astrónomos capturaron la primera imagen de un planeta recién formado en un disco circunestelar. Ese planeta se llama PDS 70b. Ese descubrimiento fue una gran noticia en ese momento, por una buena razón.
PDS 70b no es el único planeta que orbita la estrella. Hay otro planeta, PDS 70c, también en órbita, y ambos son gigantes gaseosos. Ambos planetas fueron detectados por el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en ópticos e infrarrojos. El cálido resplandor del hidrógeno que se acumula en el par de planetas es lo que los delató.
El equipo combinó las observaciones de VLT con las nuevas observaciones de radio del Atacama Large Millimeter / sub-Millimeter Array (ALMA). El resultado es evidencia convincente de un disco protoplanetario alrededor de la estrella más externa, PDS 70c.
"Por primera vez, podemos ver de manera concluyente los signos reveladores de un disco circumplanetario, lo que ayuda a apoyar muchas de las teorías actuales de la formación de planetas", dijo Andrea Isella, autora principal.
"Al comparar nuestras observaciones con las imágenes ópticas y de infrarrojos de alta resolución, podemos ver claramente que una concentración enigmática de pequeñas partículas de polvo es en realidad un disco de polvo que cede el planeta, la primera característica de este tipo observada de manera concluyente", dijo. Según los investigadores, esta también es la primera vez que se ve claramente un planeta en estas tres bandas distintas de luz.
Una pregunta respondida, otra pregunta
PDS 70b yc muestran características diferentes, y el equipo detrás de este estudio no está exactamente seguro de lo que significa.
"Todavía no se sabe qué es y qué significa para este sistema planetario".
Andrea Isella, autora principal, Rice University
PDS 70c, la estrella más externa del par, está tan lejos de su estrella como Neptuno del Sol. Está exactamente en la misma ubicación que un evidente nudo de polvo visto en los datos de ALMA. Dado que este planeta brilla tan intensamente en las bandas de luz infrarroja e hidrógeno, los astrónomos pueden decir de manera convincente que un planeta completamente formado ya está en órbita allí. Las brillantes bandas de infrarrojos e hidrógeno muestran que el gas cercano todavía se está acumulando en la superficie del planeta, terminando su crecimiento adolescente.
Los astrónomos estiman que PDS 70c es aproximadamente de 1 a 10 veces la masa de Júpiter. "Si el planeta está en el extremo más grande de esa estimación, es muy posible que haya lunas del tamaño de un planeta en formación a su alrededor", señaló Isella.
Pero PDS 70b tiene algo más que hacer. Los planetas, que están a la misma distancia de su estrella que Urano del Sol, tienen una masa de polvo que se arrastra detrás de él como una cola. Y los astrónomos no están seguros de cómo encaja.
"Aún no se sabe qué es y qué significa para este sistema planetario", dijo Isella. "Lo único concluyente que podemos decir es que está lo suficientemente lejos del planeta como para ser una característica independiente".
Los astrónomos están bastante seguros de que el proceso que pueden ver en torno a PDS 70c es el mismo proceso que funcionó para crear las lunas de Júpiter. Sin embargo, vale la pena señalar que el otro gigante gaseoso de nuestro Sistema Solar es distinto de Júpiter. Las lunas de Saturno probablemente se crearon como resultado de un disco circumplanetario, pero sus anillos de hielo probablemente fueron creados por cometas y otros cuerpos rocosos que chocaron entre sí.
Estos sistemas exoplanetarios son notoriamente difíciles de observar en luz óptica e infrarroja. La energía de la estrella en esas partes del espectro ahoga la luz de los planetas. Pero no para ALMA.
ALMA se enfoca en ondas de radio, y las estrellas solo emiten ondas de radio débilmente. El equipo dice que pueden seguir observando el sistema PDS 70 con ALMA para observar cómo cambia y se desarrolla.
"Esto significa que podremos volver a este sistema en diferentes períodos de tiempo y mapear más fácilmente la órbita de los planetas y la concentración de polvo en el sistema", concluyó Isella. "Esto nos dará una visión única de las propiedades orbitales de los sistemas solares en sus primeras etapas de desarrollo".
El descubrimiento de este disco circumplanetario y las probables lunas que se forman en él son interesantes por derecho propio, pero la forma en que el equipo encontró el disco también es prometedor para el futuro. Mientras se han encontrado otros, este estudio es el más convincente.
"Hay un puñado de planetas candidatos que se han detectado en discos, pero este es un campo muy nuevo, y todos todavía se debaten", dijo Isella. "(PDS 70 by PDS 70 c) se encuentran entre los más sólidos porque ha habido observaciones independientes con diferentes instrumentos y técnicas".
En la conclusión de su artículo, los autores dicen: "Argumentamos que las observaciones ópticas, NIR y (sub) milimétricas son altamente complementarias porque investigan diversos aspectos de los procesos de acumulación de planetas y se ven afectados por diferentes errores sistemáticos". También señalan que ALMA por sí sola no puede hacer el trabajo. Al combinar las diferentes observaciones, han abierto estos exoplanetas y sus discos para un estudio más detallado.
Del estudio: “A medida que ALMA y los telescopios ópticos existentes están alcanzando sus capacidades de imágenes completas, las próximas observaciones de discos circunestelares cercanos caracterizados por cavidades y huecos como los observados en PDS 70 podrían revelar más planetas recién nacidos que interactúan con su disco natal. Tales observaciones son fundamentales para investigar los procesos responsables de la formación de sistemas planetarios ".
Fuentes:
- Comunicado de prensa: Disco circumplanetario "formador de luna" descubierto en sistema estelar distante
- Comunicado de prensa: Disco formador de luna descubierto alrededor de planeta distante
- Documento de investigación: Detección de emisiones submilimétricas continuas asociadas con protoplanetas candidatos
