Un modelo numérico desarrollado en La Plata aportará herramientas clave para comprender la formación de sistemas planetarios como el nuestro

El Grupo de Astrofísica Planetaria (GAP) perteneciente al Instituto de Astrofísica de La Plata (IALP, CONICET-UNLP) formará parte del proyecto PEBBLES (Protosolar-system Environments with BroadBand Look at Evolution of Solids, o Entornos de sistemas protosolares con una mirada de banda ancha a la evolución de los sólidos), un ambicioso programa recientemente aprobado por el observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ubicado en el desierto de Atacama, Chile. Liderado por Takahiro Ueda, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, el proyecto tiene como co-investigador al experto del CONICET en el IALP Octavio Guilera, y buscará aportar nuevas evidencias para comprender en qué condiciones se formó nuestro Sistema Solar y cómo se distribuyó el agua en las regiones donde nacen los planetas rocosos.

Para esta tarea, PEBBLES se organizará en cinco grupos de trabajo que abarcarán desde el procesamiento de datos hasta el modelado teórico, y estudiará las propiedades físicas de 24 discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes similares al Sol y que presentan una arquitectura parecida a la de nuestro Sistema Solar, ubicados en las constelaciones Tauro, Lupus y Ofiuco. En este sentido, el GAP cumplirá un rol clave en la interpretación teórica y numérica de los resultados. En particular, el equipo desarrolla desde hace más de una década un modelo teórico global de formación planetaria denominado PLANETALP. En el marco de PEBBLES, PLANETALP servirá para simular la evolución acoplada del gas y el polvo en los discos protoplanetarios, es decir los discos que circundan a las estrellas jóvenes y en los que se forman los planetas; modelar el crecimiento, la fragmentación y la deriva radial, o sea la migración hacia las regiones internas de los discos de los “guijarros” de polvo o pebbles –los sólidos a partir de los cuales se forman los planetas– bajo condiciones reales; y realizar estudios de síntesis de poblaciones planetarias.

Cabe destacar que PEBBLES es uno de los cuatro Large Programs –los proyectos estratégicos de mayor envergadura de ALMA que requieren más de 100 horas de observación– que fueron aprobados sobre 47 que se presentaron. La elección cobra especial relieve si se considera que en el marco del denominado Ciclo 13 (iniciado el 1 de octubre pasado) se dio una demanda récord en la historia del observatorio: recibió 1.839 propuestas de todo el mundo, que implicaban 37.471 horas de observación. Solo se aceptó el 12 por ciento de los pedidos. “Además, PEBBLES será uno de los primeros grandes proyectos en utilizar la Banda 2 de ALMA, un nuevo rango de receptores que se ofrece por primera vez a la comunidad científica en este Ciclo 13”, apuntó Guilera.

“La redistribución del polvo mediante la deriva radial de pebbles es el motor central de la formación planetaria: concentra material sólido en "trampas de presión" donde se forman objetos denominados planetesimales, alimenta el crecimiento de los núcleos planetarios y transporta hielo de agua desde las zonas externas frías hacia las regiones internas cálidas donde se forman los planetas rocosos como la Tierra”, describe el experto. “Sin embargo, medir con precisión la masa y el tamaño de estas partículas ha sido hasta ahora muy difícil. Las observaciones realizadas en una sola longitud de onda presentan ambigüedades vinculadas con la opacidad del polvo –especialmente en las regiones internas y los anillos más densos de los discos–, la dispersión de la luz y la temperatura. La incorporación de la nueva Banda 2, junto con otras dos frecuencias, permitirá reducir esas incertidumbres y obtener información más precisa sobre la cantidad y las propiedades del material sólido para formar planetas”.

Un puente observacional directo entre ALMA y el Telescopio Espacial James Webb (JWST)

Cabe destacar que 20 de los 24 discos seleccionados por PEBBLES ya fueron observados por el instrumento MIRI del Telescopio Espacial James Webb (JWST), que detectó vapor de agua dentro de la denominada "línea de hielo", es decir la región del disco protoplanetario que marca el límite a partir del cual el agua pasa de estado sólido a gaseoso debido a las diferencias de temperatura: “Al cruzar el flujo de pebbles heladas medido por ALMA en las regiones exteriores con el vapor de agua detectado por el JWST en la región interna, PEBBLES permitirá comprobar en qué medida el transporte de sólidos a gran escala regula la cantidad de agua disponible en la zona donde nacen los planetas terrestres habitables”, destaca Guilera.

Colaboración regional con Chile

La participación del GAP en PEBBLES es el fruto de una estrecha y sostenida colaboración científica con el grupo de investigación dirigido por Lucas Cieza, de la Universidad Diego Portales de Chile, del que forman parte investigadores agrupados en el Núcleo Milenio YEMS y el Proyecto ODISEA (Ophiuchus DIsk Survey Employing ALMA).

“Esta sinergia comenzó a consolidarse a partir del trabajo posdoctoral de Santiago Orcajo –entonces becario del CONICET en el IALP, actualmente esperando su ingreso a la Carrera del Investigador Científico (CIC) del organismo– y su estudio detallado del disco protoplanetario Elias 2-24. Esa investigación constituyó uno de los antecedentes directos fundamentales que condujeron recientemente al descubrimiento de Elias 2-24 b, confirmado como el exoplaneta más joven conocido hasta la fecha, es decir un planeta gigante en plena formación dentro de un disco de menos de un millón de años”, subraya Guilera. Actualmente, como continuación natural de ese hito, el GAP participa junto a Cieza y colaboradores internacionales en un proyecto de observación de Elias 2-24 b utilizando el instrumento ERIS del Very Large Telescope (VLT) de Chile y el JWST, con el objetivo de lograr una caracterización profunda de este protoplaneta y su entorno.

Para finalizar, Guilera destaca el aporte de jóvenes científicos del GAP, en particular de Orcajo, por su “alta especialización técnica y científica; una valiosa expertise de un profesional formado en el país que fue clave para abrir esta línea de trabajo de excelencia internacional que hoy conecta al grupo con descubrimientos récord y proyectos estratégicos”.