Por Santiago Orcajo
En 2014, la enorme red de radiotelescopios ubicadas en Antofagasta (Chile) conocida como ALMA (Atacama Large MillimetR) obtuvo las primeras imágenes de definición ultra alta de un disco de gas y polvo alrededor de una estrella. Los astrónomos se sorprendieron al descubrir que el álbum alrededor de Star HL Tau presentó brechas y anillos en ese álbum y comenzó a especular que estas estructuras se debieron a la presencia de planetas en la formación.
“Estas características son casi seguramente el resultado de cuerpos similares a los planetas que se están formando en el álbum. Esto es sorprendente, ya que no se espera que tales estrellas jóvenes tengan planetas capaces de producir las estructuras que vemos en esta imagen”, dijo Stuartt Corder, que era un director adjunto de Soul en ese momento.
Las posteriores campañas de observación de alta resolución realizadas con Alma mostraron que los anillos y brechas son muy comunes en los discos protoplanetarios, lo que desafió aún más nuestra comprensión del proceso de formación planetario y generó un escepticismo significativo sobre el origen planetario de estas estructuras. Muy, durante años, los astrónomos exploraron muchas explicaciones alternativas para las estructuras observadas, incluidas las inestabilidades complejas y los efectos magnéticos y químicos.
A pesar de esto, las opiniones en el campo aún se dividieron y muchos grupos de investigación continuaron estudiando el escenario de entrenamiento planetario como una explicación del origen de los anillos y brechas observados por Alma. En 2021, un equipo internacional de expertos, dirigido por astrónomos chilenos, propuso una secuencia evolutiva para explicar la diversidad de estructuras observadas en los discos, en el contexto de la formación de planetas gigantes (como Júpiter en nuestro sistema solar) a través del “modelo de acumulación de acumulación” informado SO y las interacciones posteriores entre los planes nuevos formados y los discos. Sin embargo, este escenario propuesto fue principalmente especulativo y carecía de un apoyo detallado.
Utilizando modelos numéricos de la evolución de gas y polvo en discos protoplanetarios con protoplanetas inmersas en ellos, un estudio reciente, que también involucra a un equipo internacional de astrónomos, dirigido por el Dr. Santiago Orcajo del Del Instituto de Astrofísica de La Plata (Universidad Nacional de La Plata-Conicet) ha logrado reproducir cada una de las etapas de la secuencia evolutiva propuesta anteriormente, proporcionando evidencia muy sólida a favor del escenario en el que las brechas y los anillos observados en los discos son producidos por la presencia de planetas en formación o ya entrenados. La secuencia evolutiva consta de cinco etapas diferentes que se pueden seguir en el video que acompaña esta nota:
Eabi i) Discos muy jóvenes con pequeñas estructuras marcadas o sin subestructuras obvias, correspondientes a un momento en que los protoplanetas no son masivamente suficientemente suficientemente suficientes para abrir espacios notables en los discos.
Etapa ii) Discos con brechas y anillos relativamente estrechos pero claramente definidos, lo que indica el crecimiento de protoplanetas.
Eapa III) Un rápido amplio de los huecos debido al aumento repentino en la masa de algunos planetas cuando adquieren sus envolturas gaseosas. Esta etapa incluye la rápida acumulación de polvo en los bordes exteriores de los espacios (los límites internos de los discos externos) debido a las “barreras de presión” generadas por los planetas gigantes recién formados, que detienen la migración del polvo hacia adentro.
Etapa IV) Filtración de polvo en los bordes de las cavidades, lo que resulta en discos internos empobrecidos del polvo. El polvo de tamaño milimétrico de los discos externos se mueve de manera eficiente y se acumula en los bordes de los huecos.
Etapa v) Finalmente, los discos de polvo internos están completamente drenados en la estrella, y los discos exteriores se convierten en anillos estrechos (o en colecciones de anillos estrechos).
El panel superior de la imagen muestra los modelos numéricos obtenidos por computadora, recientemente publicados por Santiago Orcajo y el equipo de especialistas, de cada una de las etapas evolutivas de las subestructuras inducidas por planetas propuestas por Cieza et al. (2021). Los paneles inferiores muestran imágenes reales de ALMA de discos que corresponderían a cada etapa.
Los resultados, publicados en Letters de la revista Astrophysical, demuestran que la inmensa diversidad de estructuras observadas en los discos protoplanetarios puede entenderse en términos de una secuencia evolutiva unificada de subestructuras inducidas por el planeta. Las implicaciones son profundas, comenzando con el hecho de que las estructuras observadas en HL tau más de una década son, muy probablemente, una consecuencia de los planetas. Esta idea subraya nuestras limitaciones actuales para explicar la formación muy rápida de los planetas a grandes distancias de sus estrellas anfitrionas. Esta línea de investigación también se puede utilizar como una “técnica de detección de planetas” y permite la posibilidad de identificar una gran población de planetas jóvenes que abren brechas, una población que actualmente está al límite de los métodos de detección más directos.
Es importante tener en cuenta que este trabajo se llevó a cabo principalmente entre los miembros que pertenecen al grupo de astrofísica planetaria de La Plata y sus colegas en Chile, en particular con los profesores Lucas Cieza de la Universidad de Portales de Diego (Investigador principal de la campaña de observación Odyssey, que observa los discos en la nube de la Molecular de Ofiuco en la Ofiuco). Rannou de la Universidad de Santiago de Chile.
Fuente: Instituto de Astrofísica de La Plata.
