A los astrónomos les gusta observar estrellas jóvenes distantes a medida que se forman. Las estrellas nacen de una nube molecular, y una vez que la materia en esa nube se agrupa, la fusión se enciende y una estrella comienza su vida. El material sobrante de la formación de la estrella se llama disco circunestelar.
A medida que el material en el disco circunestelar gira alrededor de la estrella que ahora gira, se agrupa en planetas individuales. A medida que se forman planetas en él, dejan huecos en ese disco. O eso creemos.
Una de las estrellas jóvenes más observadas se llama HL Tauri. Está en la constelación de Tauro y está a unos 450 años luz de distancia. El Atacama Large Millimeter Array (ALMA) capturó una imagen bien conocida de HL Tauri en 2014. Esa imagen es la imagen más nítida jamás tomada por ALMA.
Desde entonces, los astrónomos han observado otras estrellas jóvenes y también encontraron lagunas en sus discos. Tenga en cuenta que ALMA, como su nombre nos dice, no es un telescopio de luz visible. Hay tanto gas y polvo en los discos circunestelares que la luz visible es inútil para estudiarlos. ALMA observa en longitudes de onda de luz entre las ondas infrarrojas y de radio, por lo que puede ver dentro del disco giratorio de gas y polvo.
Un nuevo estudio analizó 18 estrellas jóvenes y sus discos, y encontró evidencia de que 8 de esas estrellas tienen lo que llaman "torceduras de velocidad" que pueden indicar la presencia de planetas jóvenes que aún se forman. El estudio se titula "Nueve desviaciones localizadas de la rotación kepleriana en los discos circunestelares DSHARP: evidencia cinemática de protoplanetas que tallan las brechas". El autor principal del estudio es Christophe Pinte de la Universidad de Monash, Australia, y la Universidad de Grenoble Alpes, Francia). El artículo se publica en The Astrophysical Journal Letters.
Aunque los astrónomos pueden ver los huecos en los discos circunestelares, no pueden ver los planetas. Después de años de probar con algunos de los mejores telescopios del mundo, los astrónomos solo han fotografiado directamente un solo exoplaneta en un espacio alrededor de una estrella. Entonces, aunque parezca obvio que los planetas bebés son responsables, y realmente no hay otra forma en que puedan formarse, todavía es una teoría no probada. Este nuevo estudio ayuda a demostrar que al menos algunas de las brechas observadas en los discos circunestelares son causadas por planetas.
Este estudio utilizó datos del proyecto Subestructuras de disco a alta resolución angular (DSHARP). DSHARP usa ALMA para estudiar discos circunestelares brillantes cercanos (también llamados discos protoplanetarios). Según el sitio web, DSHARP está "diseñado para evaluar la prevalencia, formas, ubicaciones, tamaños y amplitudes de subestructuras a pequeña escala en las distribuciones del material del disco y cómo podrían estar relacionadas con el proceso de formación del planeta".
Hay otras explicaciones candidatas para las brechas en los discos. Uno es líneas de nieve o líneas de escarcha. En un disco de escombros circunestelar, una línea de escarcha es la distancia desde la estrella donde hace suficiente frío para que los volátiles se congelen. Esto incluye no solo hielo de agua, sino también amoníaco, metano, dióxido de carbono y otros. Más allá de la línea de escarcha, estas sustancias se congelan en granos de hielo sólidos.
Otra posible explicación para estas brechas es la sinterización de granos de polvo. Es entonces cuando el polvo se compacta en una estructura sólida a través del calor y la presión, pero sin derretirse. Un equipo de científicos exploró esa idea en este artículo.
Otros candidatos incluyen efectos magnetohidrodinámicos, flujos zonales y trampas de polvo autoinducidas. Después de la imagen ALMA de 2014 de HL Tauri y sus anillos, los investigadores publicaron una serie de documentos que presentan evidencia a favor de todas estas posibles explicaciones.
Pero ninguno de ellos es tan intrigante como la explicación del planeta bebé. Y dado que ahora sabemos que la mayoría, si no todas, las estrellas albergan exoplanetas, tiene sentido.
ALMA no solo toma fotos de estas jóvenes estrellas y sus discos de escombros. Utiliza su poder para estudiar la distribución de gas en los discos. La imagen a continuación es del nuevo estudio. Compara la distribución de gas en cinco discos con mediciones de velocidad del mismo disco.
En el corazón de este nuevo estudio se encuentran los llamados "torceduras de velocidad".
El disco de escombros circunestelar alrededor de HL Tauri y otras estrellas jóvenes está hecho en gran parte de gas, y está girando. A medida que gira, su movimiento se rige por la velocidad kepleriana. La velocidad kepleriana describe cómo debe moverse un disco de material cuando está dominado por un cuerpo masivo en su centro. Pero como muestra la imagen de arriba, hay torceduras en el gas. Según los autores del nuevo artículo, estas torceduras son evidencia de planetas jóvenes.
Del documento: "Los planetas incrustados perturban el flujo de gas kepleriano en su vecindad, lanzando ondas espirales a las resonancias de Lindblad tanto dentro como fuera de sus órbitas".
Para al menos una de las 20 estrellas jóvenes, el flujo interrumpido es evidencia de grandes gigantes gaseosos: “Las mediciones precisas de las curvas de rotación revelaron, por ejemplo, gradientes de presión radial y flujos verticales, probablemente impulsados por espacios tallados en la densidad de la superficie del gas por Júpiter. -mase planetas en el disco de HD 163296. "
El estudio presenta mucha evidencia sólida en apoyo de los protoplanetas. Pero los autores reconocen que podría haber otras causas. Uno de ellos está en los datos en sí.
"Varios efectos de observación y mecanismos físicos pueden producir características en los mapas de canales que se parecen a torceduras de velocidad", dicen los autores. “El más obvio es el proceso de reconstrucción con una baja relación señal / ruido que a menudo da como resultado una emisión irregular que podría confundirse con torceduras. No podemos excluir que tales artefactos estén presentes en los datos de DSHARP ... "
Pero han tomado medidas para eliminar esos errores, y al final de su trabajo hacen varias declaraciones en resumen:
- "Encontramos nueve perturbaciones de velocidad localizadas (específicas del canal) indicativas de movimiento no kepleriano en observaciones DSHARP de 8 discos protoplanetarios, de las 18 fuentes seleccionadas".
- "La presencia de planetas incrustados explicaría naturalmente tanto los anillos continuos como las desviaciones de la velocidad del gas de la rotación kepleriana".
- "Si los planetas son realmente responsables de estos dobleces de velocidad tentativos, deberían tener masas del orden de una masa de Júpiter".
- En varios casos, los autores no pudieron llegar a conclusiones definitivas. "... las no detecciones en otros discos o en otros espacios en los discos donde detectamos un pliegue no necesariamente implican la ausencia de planetas de masa de Júpiter".
Así que ahí lo tenemos. Este exhaustivo e interesante artículo avanza la idea de que las brechas en los discos de escombros circunestelares son causadas por planetas bebés.
A medida que crezca nuestro poder de observación, y que los telescopios como James Webb y otros entren en funcionamiento, la evidencia probablemente se volverá más concluyente.
Pero en ciencia, no se sabe hasta que se sabe.
Más:
- Comunicado de prensa: Imagen destacada: ¿Evidencia de planetas en discos?
- Documento de investigación: Nueve desviaciones localizadas de la rotación kepleriana en los discos circunestelares DSHARP: evidencia cinemática de protoplanetas que tallan las brechas
- Space Magazine: mira esta fascinante variedad de discos formadores de planetas alrededor de otras estrellas
