Planetas escondidos en el polvo en un estudio de ALMA de discos en la región de formación estelar de Tauro

La Nube Molecular de Tauro, representada aquí por el Observatorio Espacial Herschel de la ESA, es una región de formación estelar a unos 450 años luz de distancia. El marco de la imagen cubre aproximadamente 14 por 16 años luz y muestra el brillo del polvo cósmico en el material interestelar que impregna la nube, revelando un intrincado patrón de filamentos salpicados con algunos núcleos compactos y brillantes: las semillas de las estrellas futuras. (Imagen: Programa clave de la encuesta de ESA / Herschel / PACS, SPIRE / Gould Belt / Palmeirim et al. 2013)

El primer estudio imparcial de discos protoplanetarios que rodean a estrellas jóvenes en la región de formación estelar de Tauro arrojó un número de discos más alto de lo esperado con características que sugieren planetas nacientes 

Según un nuevo estudio realizado por un equipo internacional de astrónomos, se podrían formar planetas del tamaño de Neptuno "supertierras" y Neptuno. 

Al observar una muestra de estrellas jóvenes en una región de formación estelar en la constelación de Tauro, los investigadores encontraron que muchas de ellas estaban rodeadas de estructuras que se pueden explicar mejor como trazas creadas por planetas invisibles y jóvenes. La investigación, publicada en el Astrophysical Journal, ayuda a los científicos a comprender mejor cómo surgió nuestro propio sistema solar. 

Hace unos 4.600 millones de años, nuestro sistema solar era un remolino turbulento de gas y polvo que rodeaba nuestro sol recién nacido. En las primeras etapas, este llamado disco protoplanetario no tenía características discernibles, pero pronto, partes de él comenzaron a unirse en grupos de materia: los futuros planetas. A medida que recogían material nuevo a lo largo de su viaje alrededor del sol, crecieron y comenzaron a arar patrones de huecos y anillos en el disco del cual se formaron. Con el tiempo, el disco polvoriento dio paso a la disposición relativamente ordenada que conocemos hoy en día, que consiste en planetas, lunas, asteroides y el ocasional cometa. 

Hasta hace poco, se creía que los discos protoplanetarios eran objetos lisos, como panqueques. Los resultados de este estudio muestran que algunos discos son más como donas con agujeros, pero incluso más a menudo aparecen como una serie de anillos. Los anillos probablemente son tallados por planetas que de otra manera son invisibles para nosotros. (Imagen: Feng Long)

Los científicos basan este escenario de cómo nuestro sistema solar llegó a ser en observaciones de discos protoplanetarios alrededor de otras estrellas que son lo suficientemente jóvenes como para estar actualmente en el proceso de nacimiento de planetas. Utilizando el Gran Conjunto Milimétrico de Atacama, o ALMA, que comprende 45 antenas de radio en el Desierto de Atacama en Chile, el equipo realizó un estudio de estrellas jóvenes en la región de formación de estrellas de Tauro, una vasta nube de gas y polvo ubicada a una modesta distancia de 450 años luz de la Tierra. Cuando los investigadores fotografiaron 32 estrellas rodeadas de discos protoplanetarios, encontraron que 12 de ellas, el 40 por ciento, tienen anillos y huecos, estructuras que, según las mediciones y cálculos del equipo, pueden explicarse mejor por la presencia de planetas nacientes. 

"Esto es fascinante porque es la primera vez que las estadísticas de exoplanetas, que sugieren que las súper-Tierras y Neptunes son el tipo más común de planetas, coinciden con las observaciones de los discos protoplanetarios", dijo el autor principal del artículo, Feng Long, un estudiante de doctorado en el Instituto Kavli de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Pekín en Bejing, China. 

Si bien algunos discos protoplanetarios aparecen como objetos uniformes, parecidos a tortas, que carecen de características o patrones, se han observado anillos brillantes concéntricos separados por huecos, pero como las investigaciones anteriores se han centrado en el más brillante de estos objetos porque son más fáciles de encontrar, no estaba claro lo comunes que son los discos con estructuras de anillos y huecos en el universo. Este estudio presenta los resultados de la primera investigación imparcial en el sentido de que los discos de destino se seleccionaron independientemente de su brillo; en otras palabras, los investigadores no sabían si alguno de sus objetivos tenía estructuras de anillo cuando los seleccionó para la investigación. 

"La mayoría de las observaciones anteriores habían sido dirigidas a detectar la presencia de planetas muy masivos, que sabemos que son raros, que han tallado grandes agujeros internos o huecos en discos brillantes", dijo la segunda autora del artículo, Paola Pinilla, miembro de la NASA Hubble en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. "Mientras que los planetas masivos se habían inferido en algunos de estos discos brillantes, poco se sabía acerca de los discos más débiles". 

El equipo, que también incluye a Nathan Hendler e Ilaria Pascucci en el Laboratorio Lunar y Planetario de la UA, midió las propiedades de los anillos y huecos observados con ALMA y analizó los datos para evaluar los posibles mecanismos que podrían causar los anillos y huecos observados. Si bien estas estructuras pueden ser talladas por los planetas, investigaciones anteriores han sugerido que también pueden crearse por otros efectos. En un escenario comúnmente sugerido, las llamadas líneas de hielo causadas por cambios en la química de las partículas de polvo a través del disco en respuesta a la distancia a la estrella anfitriona y su campo magnético crean variaciones de presión en el disco. Estos efectos pueden crear variaciones en el disco, manifestándose como anillos y huecos. 

Los investigadores realizaron análisis para probar estas explicaciones alternativas y no pudieron establecer ninguna correlación entre las propiedades estelares y los patrones de brechas y anillos que observaron. 

"Por lo tanto, podemos descartar la idea comúnmente propuesta de que las líneas de hielo causan los anillos y las brechas", dijo Pinilla. "Nuestros hallazgos dejan a los planetas nacientes como la causa más probable de los patrones que observamos, aunque algunos otros procesos también pueden estar trabajando". 

Dado que la detección directa de los planetas individuales es imposible debido al brillo abrumador de la estrella anfitriona, el equipo realizó cálculos para tener una idea de los tipos de planetas que podrían estar formándose en la región de formación de estrellas de Tauro. De acuerdo con los hallazgos, los planetas gaseosos del tamaño de Neptuno o los llamados supertierras (planetas terrestres de hasta 20 masas terrestres) deberían ser los más comunes. Solo dos de los discos observados podrían albergar gigantes que rivalizan con Júpiter, el planeta más grande del sistema solar. 

"Dado que la mayoría de las prospecciones actuales de exoplanetas no pueden penetrar en el grueso polvo de los discos protoplanetarios, todos los exoplanetas, con una excepción, se han detectado en sistemas más evolucionados donde un disco ya no está presente", dijo Pinilla. 

En el futuro, el grupo de investigación planea mover las antenas de ALMA más lejos, lo que debería aumentar la resolución de la matriz a alrededor de cinco unidades astronómicas (una UA es igual a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol), y hacer que las antenas sean sensibles a otras frecuencias que Son sensibles a otros tipos de polvo. 

"Nuestros resultados son un paso emocionante para entender esta fase clave de la formación del planeta", dijo Long, "y al hacer estos ajustes, esperamos comprender mejor los orígenes de los anillos y las brechas". 

Este trabajo fue posible gracias a una colaboración internacional, que incluyó a astrónomos en el Observatorio Steward y LPL de la UA. Para obtener una lista completa de los autores e información sobre financiamiento, consulte el documento " Brechas y anillos en una investigaciób de ALMA de discos en la región de formación de estrellas de Tauro ". Una preimpresión del artículo está disponible en https: / / arxiv. org / abs / 1810. 06044. La financiación de este proyecto fue proporcionado por la Universidad de Pekín, la Fundación Nacional de Ciencia de China, el Programa de Becas Hubble, la Fundación Nacional de Ciencia y el Nexo de Otros Sistemas Solares para el Sistema Exoplanetario de Ciencias. 

Fuente: Universidad de Arizona,