Suman evidencia sobre la huella que dejan los planetas en los discos de gas y polvo que circundan a las estrellas en formación

Las estrellas nacen a partir de condensaciones de materia que tienen lugar dentro de enormes nubes de gas y polvo. La fuerza gravitatoria de esas condensaciones va acretando o atrayendo grandes cantidades de ese material circundante que caen hacia el objeto central, es decir al núcleo de la futura estrella. Durante ese proceso, alrededor de esa concentración central se forma un disco rotante, denominado protoplanetario, constituido principalmente por gases (hidrógeno y helio) y polvo, en el que se generan grumos de material que se configuran en semillas de futuros planetas. Imágenes de ultra alta definición obtenidas a lo largo de la última década han dado cuenta de la presencia de subestructuras –básicamente, brechas y anillos– en esos discos protoplanetarios, al parecer causadas por la presencia de planetas ya formados o en formación.

Gracias a modelos numéricos realizados por investigadores del CONICET en el Grupo de Astrofísica Planetaria del Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP) sobre la evolución del gas y el polvo en discos protoplanetarios con protoplanetas inmersos en ellos, un equipo internacional de astrónomos liderado por el científico del CONICET Santiago Orcajo, y Lucas Cieza, de la Universidad Diego Portales de Chile acaba de aportar evidencia muy sólida que da cuenta de que las brechas y anillos observados en los discos son inducidos por la presencia de planetas. El trabajo, que confirma una secuencia evolutiva postulada en 2021 por un grupo de expertos chilenos, se publica hoy en la revista Astrophysical Journal Letters.

El modelo made in La Plata logró reproducir cada una de las cinco etapas de la secuencia evolutiva de esas subestructuras: la primera, cuando los discos son muy jóvenes y presentan estructuras poco marcadas o directamente no visibles, lo que se corresponde con la época en la que los protoplanetas aun no son lo suficientemente masivos como para abrir brechas notables; la segunda, donde se evidencia el crecimiento de los protoplanetas a partir de discos con brechas y anillos relativamente estrechos pero claramente definidos; la tercera, donde hay un rápido ensanchamiento de las brechas debido al repentino aumento de la masa de algunos planetas cuando adquieren sus envolturas gaseosas, y una rápida acumulación de polvo en los bordes exteriores de las brechas; la cuarta, que implica una filtración de polvo en los bordes de las cavidades, lo que resulta en discos; y la quinta y última, en la que eventualmente, los discos internos llenos de polvo se drenan completamente hacia la estrella, y los discos exteriores se convierten en anillos estrechos, o en colecciones de anillos estrechos.

“A partir de las simulaciones numéricas realizadas con los modelos que desarrollamos nosotros, se generaron imágenes sintéticas para ser comparadas con observaciones reales hechas por el Observatorio ALMA (Atacama Large Milimiter/submilimiter Array), ubicado en Chile. El objetivo fue cuantificar ese escenario evolutivo propuesto para las estructuras de anillos y brechas que ALMA observa en los discos protoplanetarios”, comentaron los expertos platenses.

Cabe destacar que las primeras imágenes de ultra-alta definición que dieron cuenta de la presencia de anillos y brechas en discos protoplanetarios datan de 2014, cuando ALMA detectó estas subestructuras en torno a HL Tau, una estrella joven que comenzó a formarse hace alrededor de un millón de años a 450 años luz de la Tierra. En ese entonces, la novedad sorprendió a la comunidad científica mundial, ya que no se creía posible que estrellas tan jóvenes tuvieran alrededor planetas capaces de producir esas estructuras. Sin embargo, campañas de observación posteriores indicaron que esto es más común de lo que se pensaba.

“Las implicancias de estos resultados son profundas, comenzando con el hecho de que las estructuras observadas en HL Tau hace más de una década son, muy probablemente, consecuencia de planetas. Esto subraya nuestras limitaciones actuales para explicar la formación muy rápida de planetas a grandes distancias de sus estrellas anfitrionas. Esta línea de investigación también puede utilizarse como una ‘técnica de detección de planetas’ y nos da la posibilidad de identificar una gran población de planetas jóvenes abriendo brechas, algo que actualmente está en el límite de los métodos de detección más directos”, concluyen desde el equipo.