Descubren sistema gigante de exoplanetas orbitando una estrella joven

Un equipo de astrónomos japoneses obtuvo en enero de 2014 una evidencia firme de la formación de un sistema planetario gigante alrededor de una estrella joven utilizando el Atacama Large Millimeter Array / submilimétrico (ALMA) en Chile. Este resultado tiene un impacto transformador en las teorías de formación de planetas y nos da una pista sobre el origen de una gran variedad de sistemas planetarios

El equipo de investigación, liderado por astrónomos de la Universidad de Osaka y la Universidad de Ibaraki, observó una joven estrella llamada HD142527 en la constelación de Lupus (el Lobo). La imagen de ALMA muestra que el polvo cósmico, que es el material componente de planetas, está dando vueltas alrededor de la estrella en forma de anillo asimétrico.

Mediante la medición de la densidad de polvo en la parte más densa del anillo, los astrónomos encontraron que es muy posible que se están formando ahora mismo planetas gaseosos gigantes como Júpiter o planetas rocosos similares a la Tierra en esa región.

Esta región está lejos de la estrella central, cerca de 5 veces más que la distancia entre el Sol y Neptuno. Esta es la primera evidencia firme que se ha descubierto hasta ahora de la formación de planetas tan lejos de la estrella central en un disco protoplanetario. El equipo de investigación planea nuevas observaciones de HD142527 con ALMA para una investigación más profunda, así como de otros discos protoplanetarios para tener una comprensión global de la formación de los planetas en general.

Hasta ahora se han descubierto más de 1.000 planetas extrasolares, y es ampliamente reconocido que el Sol no es la única estrella que tiene planetas. En la búsqueda de planetas extrasolares, los astrónomos han encontrado una amplia variedad de planetas planetas gigantes gaseosos como Júpiter orbitando alrededor de estrellas centrales en una órbita mucho más pequeña que la de Mercurio y planetas que tienen una órbita muy amplia, más allá de la órbita de Neptuno en el Sistema Solar. Si bien se han descubierto una gran diversidad de planetas extrasolares, el proceso de formación de planetas aún no se conocen bien. Este es uno de los temas de mayor importancia en la astronomía moderna y se han llevado a cabo un número creciente de observaciones para explorar la región de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes.

Una estrella juvenil está rodeado por un anillo de polvo y gas, lo que sería el material que compone a los planetas. El polvo cósmico consiste en pequeñas partículas sólidas compuestas de silicio, carbono, hierro y otros elementos de un tamaño de alrededor de 0,1 micrómetros. Se cree que las partículas de polvo en el disco alrededor de HD142527 crecieron por encima de un tamaño de 1 milímetro. Recientes observaciones en el infrarrojo cercano con el telescopio Subaru NAOJ revelaron que los discos protoplanetarios tienen estructuras que son mucho más complejos de lo que esperábamos.

Se cree que las estructuras en espiral o con huecos están asociadas con los planetas ocultos en el disco. Sin embargo, es imposible medir la cantidad de polvo y de gas en la parte más densa del disco con observaciones en el infrarrojo cercano. Dado que la luz infrarroja cercana es fácilmente absorbida o dispersada por una gran cantidad de polvo, no es adecuada para la observación de la parte más interna de la región densa del disco. Entonces, la clave para la solución serán las ondas milimétricas y submilimétricas, que se pueden observar con ALMA.

El equipo de investigación seleccionó una joven estrella HD142527 en la constelación de Lupus (el Lobo) como blanco de sus observaciones con ALMA. A través de sus observaciones anteriores del disco alrededor de HD142527 con el Telescopio Subaru, descubrieron un hueco dentro del disco y la forma peculiar del disco exterior.

ALMA detectó la emisión submilimétrica del anillo de polvo alrededor de la estrella. La emisión tiene una distribución no uniforme, y el lado norte es 30 veces más brillante que el tenue lado sur.

«Estamos muy sorprendidos por el brillo de la cara norte», dijo Misato Fukagawa, el líder del equipo y profesor asistente en la Universidad de Osaka. «La parte más brillante de la onda submilimétrica se encuentra lejos de la estrella central, y la distancia es comparable a cinco veces la distancia entre el Sol y Neptuno. Nunca he visto un nudo tan brillante en una posición tan lejana. Esta fuerte emisión submilimétrica puede interpretarse como una indicación de que gran cantidad de material se acumula en esta posición. Si se acumula una cantidad suficiente de material, pueden formarse ahí planetas o cometas. Para investigar esta posibilidad, medimos la cantidad de material».

Al calcular la cantidad de material en base a la fuerza de emisión submilimétrica, la temperatura del material es un parámetro importante. El equipo estima la temperatura en la región densa por medio de las observaciones de los isotopómeros de monóxido de carbono.

Como resultado, el equipo llegó a dos posibilidades: la formación de un planeta gigante gaseoso, o un planeta rocoso. Si la abundancia de polvo y de gas es comparable a la del ambiente típico en el universo (la relación de masa de polvo y gas es de 1 a 100), la región densa es lo bastante masiva como para atraer gran cantidad de gas debido a la propia gravedad y formar planetas gigantes gaseosos varias veces más masivos que Júpiter.

Aunque esto es similar al proceso de formación de estrellas en las nubes cósmicas, es la primera vez que la posibilidad de un proceso de formación de planeta así se sugiere directamente por las observaciones de los discos protoplanetarios. La otra posibilidad es la formación de «trampas de polvo», en las que la abundancia de polvo es excepcionalmente más alta que en la otra parte del disco. Si la trampa de polvo se forma en los discos, se pueden formar planetas rocosos similares a la Tierra, pequeños cuerpos como cometas o núcleos de planetas gaseosos. En ambos casos, es muy posible que se estén formando planetas en la parte densa del disco alrededor de HD142527.

Los fundamentos de los dos procesos de formación de planetas antes mencionados fueron predichos teóricamente hace más de 30 años. Los astrónomos suponen que la formación de los planetas de nuestro sistema solar comenzó con la colisión y coalescencia de gran cantidad de polvo, entonces la concentración de polvo se convertiría en una serie de núcleos de planetas (protoplanetas), y estos núcleos se convertirían en planetas a causa de numerosas colisiones y coalescencias. Algunos de los núcleos capturarían masivas atmósferas para formar gigantes gaseosos. Se pensaba que los dos procesos se producen cerca de la estrella central (alrededor de la orbita de Júpiter y Saturno) en los sistemas planetarios similares a nuestro Sistema Solar, pero los nuevos resultados de ALMA socavan esta suposición convencional.

El equipo de investigación descubrió dos posibilidades en el proceso de formación planetaria que está teniendo lugar en el disco alrededor de HD142527. El siguiente paso será una medición precisa de la cantidad de gas para identificar qué proceso está involucrado. El equipo continuará con las observaciones detalladas usando ALMA con una mejor capacidad.

«HD142527 es un objeto peculiar, por lo que nuestro conocimiento limitado influye, dice Fukagawa». Sin embargo, se han descubierto otros discos protoplanetarios asimétricos desde comenzó la operación científica de ALMA. Nuestro objetivo final es dar a conocer el importante proceso físico que controla la formación de planetas. Para lograr este objetivo, es importante obtener una visión completa de la formación de los planetas a través de observaciones de muchos discos protoplanetarios. Esperamos ser parte de esta gran aventura».

Fuente: The Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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