Exoplanetas observadas formando

Las técnicas para detectar exoplanetas son muy efectivas: hasta la fecha, se han descubierto más de 3.700 planetas alrededor de estrellas distantes. Pero estos métodos son ineficaces para encontrar planetas en formación en el disco de gas y polvo que rodea a las estrellas jóvenes. Sin embargo, tales observaciones serían cruciales para comprender mejor cómo se forman los planetas. Recientemente, varios equipos han demostrado que es posible detectar planetas en su infancia utilizando nuevos métodos. El descubrimiento de cuatro protoplanetas anuncia así el comienzo de una nueva era de observaciones fructíferas.

Para rastrear exoplanetas, son esenciales dos técnicas: el método de tránsito y el de las velocidades radiales. En el primero, medimos la caída periódica en el brillo de una estrella cuando un planeta pasa frente a ella y oscurece parte de su luz. En el segundo, medimos las pequeñas variaciones en la frecuencia de radiación de una estrella causadas por la presencia de un planeta. De hecho, esto ejerce una fuerza gravitacional sobre la estrella y provoca desplazamientos periódicos diminutos de esta última, que por efecto Doppler, resultan en un cambio en las frecuencias.

En un disco protoplanetario que rodea una estrella joven, el gas y el polvo enmascaran la vista y evitan el uso de estas técnicas. Por lo tanto, es difícil observar planetas en formación, que crecen acumulando gas y polvo. Pero están surgiendo nuevas estrategias. Por lo tanto, dos equipos de astrofísicos observaron la estrella HD 163296 que escanearon con la red de antenas de radio Alma , en Chile. Los investigadores estudiaron el movimiento del gas en el disco y, en particular, la señal de monóxido de carbono (CO), que Alma es capaz de observar en detalle. Las pequeñas variaciones de frecuencia asociadas con la firma de monóxido de carbono debido al efecto Doppler le permiten saber cómo se mueve este gas en el disco. La idea era detectar pequeñas anomalías en este movimiento: traicionarían el paso de un protoplaneta que perturba la dinámica regular del gas, como los vórtices que se forman alrededor de las rocas en un curso de agua.

La imagen del disco de gas de la estrella HD 163296 obtenida por Alma

El equipo dirigido por Richard Teague de la Universidad de Michigan detectó dos planetas ubicados en 83 y 137 unidades astronómicas (la distancia Tierra-Sol) desde la estrella, respectivamente. Christophe Pinte, del Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble, y sus colegas utilizaron un método de análisis ligeramente diferente más adecuado para el estudio de la parte externa del disco. Encontraron un planeta allí, 260 unidades astronómicas de la estrella. Los investigadores también estimaron la masa de estos cuerpos, aproximadamente 1, 1,3 y 2 veces la masa de Júpiter, respectivamente.

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¿Cómo podrían haberse formado esos planetas masivos, en particular el último, tan lejos de su estrella, donde la cantidad de gas es menor? ? Un posible escenario es una formación por inestabilidad gravitacional, es decir, por colapso de gas, un poco como para las estrellas. Los gigantes gaseosos del Sistema Solar, por su parte, se formaron después de la constitución de un corazón rocoso y, por lo tanto, a partir de material suficiente. Este mecanismo no funcionaría más allá de 50 a 100 unidades astronómicas. Otra posibilidad es que estos nuevos planetas muy lejos de la estrella escapen del sistema.

Con otro método de observación, Miriam Keppler, del Instituto Max-Planck de Astronomía, en Heidelberg, y sus colegas utilizaron el instrumento Esfera de VLT , también en Chile, para obtener una imagen directa de un protoplaneta alrededor. El instrumento Esfera utiliza óptica adaptativa. Esta técnica implica distorsionar la superficie de un espejo del instrumento de unas pocas decenas a unos pocos cientos de nanómetros utilizando mil actuadores pequeños fijados debajo de él. Estas deformaciones corrigen las perturbaciones vinculadas a la turbulencia atmosférica, que tienden a difuminar la imagen de los objetos observados. Las imágenes obtenidas tienen así una mejor resolución.

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Los investigadores estudiaron así la estrella enana PDS 70, con una edad de alrededor de 10 millones de años y ubicada a 370 años luz de la Tierra. Al oscurecer la luz proveniente directamente de la estrella gracias a un coronógrafo, los investigadores pudieron examinar en detalle su disco de polvo (el gas no es visible en las imágenes de Esfera). Obtuvieron así una imagen directa de un protoplaneta ubicado a 22 unidades astronómicas de su estrella. Gracias al análisis de su radiación, los investigadores mostraron que su temperatura era de entre 1,000 y 1,600 Kelvin y su tamaño sería de entre 1.4 y 3.7 veces mayor que el de Júpiter. Este descubrimiento también demuestra claramente el vínculo entre la presencia de una ruta de tren (áreas sin gas y polvo en el disco) y la de un planeta.

Disco protoplanetario de la estrella HD 163296

Anthony Boccaletti, de Lesia, en el observatorio Meudon, que participó en el estudio de PDS 70, subraya la importancia de estos dos descubrimientos: «Esfera y Alma jóvenes para estudiar el medio ambiente son dos instrumentos complementarios. Al usar dos dominios de longitud de onda diferentes (casi infrarrojos para Esfera y submilimétricos para Alma ) podemos comprender mejor la naturaleza y distribución del polvo que constituye los discos protoplanetarios y que contribuyen a la formación de planetas en el primeros millones de años. Aunque Alma aún no ha detectado directamente planetas, tal oportunidad reforzaría la complementariedad para la caracterización de la atmósfera de exoplanetas. «

Esto demuestra la efectividad de estos nuevos métodos para rastrear protoplanetas en discos de gas. Estas herramientas serán invaluables para comprender con precisión cómo nacen los planetas.

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