Nuevas pistas sobre el momento en que se forman los planetas en un sistema solar joven

Se llama IRS63 y es una estrella que pertenece a la nube molecular de Ofiuco, una región de formación estelar que, con unos 450 años luz de distancia, es una de las más cercanas a nuestro Sistema Solar. Distintos grupos científicos interdisciplinarios de todo el mundo la tienen como objeto de estudio y uno de ellos, integrado por un investigador del CONICET La Plata, acaba de develar nuevos datos en torno al instante en el que se forman los planetas a su alrededor, que podría ser mucho antes de lo que hasta ahora se creía. En base a observaciones y complejos cálculos matemáticos, el equipo pudo afirmar, además, que el astro tiene menos de 500 mil años, lo cual lo hace “joven” en términos astronómicos. La novedad aparece hoy en la prestigiosa revista Nature.

Tan joven es IRS63 que en realidad se trata de una protoestrella, esto es que todavía se encuentra en formación. En ese proceso, que transcurre durante millones de años, los astros están rodeados por lo que se conoce como un disco de acreción, una estructura aplanada en forma de dona compuesta por escombros –fundamentalmente gas y polvo– que giran y van cayendo hacia el objeto central, es decir el núcleo de la estrella. “Tienen una temperatura que ronda los 170° bajo cero y emiten una luz en colores imposibles de ver por el ojo humano. La única manera de observarlos es a través de telescopios muy poderosos”, explica Manuel Fernández López, investigador del CONICET en el Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR, CONICET-UNLP-CICPBA) y uno de los autores del estudio científico.

Las imágenes del disco, de hecho, fueron tomadas por el Observatorio ALMA (Atacama Large Milimiter/submilimiter Array), un conjunto de 60 antenas ubicadas a 5 mil metros de altura en el desierto de Atacama, al norte de Chile. Se trata de un consorcio internacional que otorga turnos de observación de distintos puntos del universo a quienes lo soliciten y superen una exigente selección entre todas las propuestas que recibe. Sus telescopios trabajan de forma coordinada para tomar fotografías que están entre las más precisas y con mejor zoom del mundo. Los autores del nuevo hallazgo obtuvieron las capturas de IRS63 y su disco de acreción en 2016, y el paso siguiente fue un exhaustivo trabajo de calibración y posterior interpretación de los elementos que allí se veían, acompañados de cálculos matemáticos para determinar las ubicaciones y distancias entre unos y otros.

“En los últimos años, se han detectado unas 35 estrellas de aproximadamente un millón de años de edad en cuyos discos de acreción aparecen unos surcos anulares que se cree son los rastros de material barrido que dejan los planetas que se están formando”, relata Fernández López. Como ese fenómeno no sucede en simultáneo al nacimiento estelar sino en algún momento durante ese larguísimo proceso, las marcas que quedan pueden arrojar valiosas pistas sobre la antigüedad de distintos acontecimientos. Lo que el equipo de científicos quería ver en el caso de IRS63 era, primero, si a su alrededor existían estas huellas y, en tal caso, si servían para develar más acerca de la formación planetaria.

“Las imágenes nos permitieron detectar la presencia de cuatro estructuras anulares en el disco de acreción: dos muy brillantes y dos oscuras, o con menos polvo emitiendo luz en el color en que trabaja el radiotelescopio ALMA”, relata el investigador. De acuerdo a la hipótesis que manejan los autores, los dos primeros anillos serían trampas de presión que permiten la acumulación de polvo a partir del cual se espera que se formen planetas en un futuro. Por su parte, los surcos restantes podrían albergar planetas ya constituidos y que barrieron el material de su órbita al dar vueltas alrededor de su astro central.

La información les permitió calcular en Unidades Astronómicas (UA) –la unidad de medida que equivale a la distancia entre la Tierra y el Sol– el radio de las estructuras oscuras con respecto a la posición de la protoestrella central. Así, comprobaron que la más cercana se ubica a 19 UA de la protoestrella, una longitud similar a la que separa al Sol de Urano; mientras que la segunda está a 37 UA, comparable al espacio entre el Sol y Plutón. Por el ancho de los surcos, además, se logró estimar aproximadamente la masa que tendrían esos planetas ya formados, que resultó ser equivalente a la mitad del tamaño de Júpiter.

Los datos obtenidos permitieron finalmente inferir que la edad de IRS63 oscila entre 100 mil y 500 mil años, menos de la mitad del resto de las estrellas en que hasta ahora se había logrado observar discos con este tipo de surcos. “Esta es una de las primeras ocasiones en las que se puede detectar y medir estas marcas en estrellas jóvenes, y de ahí la importancia de los resultados”, señala Fernández López, quien además enfatiza la complejidad del trabajo de investigación que hay detrás del hallazgo, teniendo en cuenta que existen diferentes métodos astronómicos para derivar la edad de una protoestrella y que fue necesario probar con casi todos ellos.

“Hasta ahora, la literatura indica que los planetas se originan más tarde en el proceso de formación estelar. Pero tanto estas nuevas observaciones como otras similares que han presentado distintos grupos de investigación reafirman cada vez más la idea de que se trata de un fenómeno que ocurre mucho antes de lo que se pensaba. Es decir que las conclusiones podrían desembocar en un cambio de paradigma en ese sentido”, concluye Fernández López.

Por Mercedes Benialgo

Referencia bibliográfica:

Segura-Cox D., Schmiedeke A., Pineda J., Stephens I., Fernandez-Lopez M., Looney L., Caselli P., Zhi-Yun Li, Mundy L., Kwon W. Four annular structures in a protostellar disk less than 500,000 years old. Nature. DOI:  https://doi.org/10.1038/s41586-020-2779-6

Sobre investigación:

Dominique Segura-Cox: Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania.

Anika Schmiedeke: Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania.

Jaime Pineda: Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania.

Ian Stephens: Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, EEUU.

Manuel Fernandez-Lopez: Investigador adjunto. IAR.

Leslie Looney: Universidad de Illinois, EEUU.

Paola Caselli: Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania.

Zhi-Yun Li: Universidad de Virginia, EEUU.

Lee Mundy: Universidad de Maryland, EEUU.

Woojin Kwon: Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea, Corea del Sur.

Robert Harris: Universidad de Illinois, EEUU.