Vista simulada de un sistema planetario recién formado con anillos y huecos

Al buscar planetas extrasolares, los astrónomos suelen confiar en una serie de técnicas indirectas. De estos, el método de tránsito (también conocido como fotometría de tránsito) y el método de velocidad radial (también conocido como espectroscopia Doppler) son los dos más efectivos y confiables (especialmente cuando se usan en combinación). Desafortunadamente, las imágenes directas son raras, ya que es muy difícil detectar un exoplaneta tenue en medio del resplandor de su estrella anfitriona.

Sin embargo, las mejoras en los interferómetros de radio y las imágenes del infrarrojo cercano han permitido a los astrónomos obtener imágenes de discos protoplanetarios e inferir las órbitas de los exoplanetas. Utilizando este método, un equipo internacional de astrónomos imágenes capturadas recientemente de un sistema planetario en formación. Al estudiar las brechas y las estructuras en forma de anillo de este sistema, el equipo pudo formular la hipótesis del posible tamaño de un exoplaneta.

El estudio, titulado “Anillos y huecos en el disco alrededor de Elias 24 revelados por ALMA “, apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El equipo estaba dirigido por Giovanni Dipierro, astrofísico de la Universidad de Leicester, e incluyó a miembros de la Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), el Observatorio Conjunto ALMAla Observatorio Nacional de Radioastronomíala Instituto Max-Planck de Astronomíay múltiples universidades e institutos de investigación.

En el pasado, se identificaron anillos de polvo en muchos sistemas protoplanetarios, y sus orígenes y relación con la formación planetaria son objeto de mucho debate. Por un lado, pueden ser el resultado de la acumulación de polvo en ciertas regiones, de inestabilidades gravitatorias o incluso de variaciones en las propiedades ópticas del polvo. Alternativamente, podrían ser el resultado de planetas que ya se han desarrollado, lo que hace que el polvo se disipe a medida que pasan a través de él.

Como Dipierro y sus colegas explicaron en su estudio:

“El escenario alternativo invoca discos que son dinámicamente activos, en los que los planetas ya se han formado o están en proceso de formación. Un planeta incrustado excitará ondas de densidad en el disco circundante, que luego depositarán su momento angular a medida que se disipan. Si el planeta es lo suficientemente masivo, el intercambio de momento angular entre las ondas creadas por el planeta y el disco da como resultado la formación de uno o varios espacios, cuyas características morfológicas están estrechamente relacionadas con las condiciones locales del disco y las propiedades del planeta”.

Por el bien de su estudio, el equipo usó datos del Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) Observaciones del ciclo 2, que comenzaron en junio de 2014. Al hacerlo, pudieron obtener imágenes del polvo alrededor de Elias 24 con una resolución de aproximadamente 28 UA (es decir, 28 veces la distancia entre la Tierra y el Sol). Lo que encontraron fue evidencia de espacios y anillos que podrían ser una indicación de un planeta en órbita.

A partir de esto, construyeron un modelo del sistema que tuvo en cuenta la masa y la ubicación de este planeta potencial y cómo la distribución y la densidad del polvo harían que evolucionara. Como indican en su estudio, su modelo reproduce bastante bien las observaciones del anillo de polvo, y predijo la presencia de un gigante gaseoso similar a Júpiter dentro de cuarenta y cuatro mil años:

“Encontramos que la emisión de polvo a través del disco es consistente con la presencia de un planeta incrustado con una masa de? 0.7? M_j en un radio orbital de ? 60?au… El mapa de brillo de la superficie de nuestro modelo de disco proporciona una coincidencia razonable con las estructuras de tipo brecha y anillo observadas en Elias 24, con una discrepancia promedio del 5% de los flujos observados alrededor de la región de la brecha. ”

Estos resultados refuerzan la conclusión de que los espacios y anillos que se han observado en una amplia variedad de discos circunestelares jóvenes indican la presencia de planetas en órbita. Como indicó el equipo, esto es consistente con otras observaciones de discos protoplanetarios y podría ayudar a arrojar luz sobre el proceso de formación planetaria.

«La imagen que está surgiendo de las recientes observaciones de alta resolución y alta sensibilidad de los discos protoplanetarios es que las características de espacios y anillos prevalecen en una amplia gama de discos con diferentes masas y edades», concluyen. «Las nuevas imágenes de ALMA de alta resolución y alta fidelidad de la emisión de línea de CO y térmica de polvo y los datos de dispersión de alta calidad serán útiles para encontrar más evidencias de los mecanismos detrás de su formación».

Uno de los desafíos más difíciles cuando se trata de estudiar la formación y evolución de los planetas es el hecho de que los astrónomos tradicionalmente no han podido ver los procesos en acción. Pero gracias a las mejoras en los instrumentos y la capacidad de estudiar sistemas de estrellas extrasolares, los astrónomos han podido ver sistemas en diferentes puntos del proceso de formación.

Esto, a su vez, nos está ayudando a refinar nuestras teorías sobre cómo surgió el Sistema Solar, y algún día puede permitirnos predecir exactamente qué tipos de sistemas se pueden formar en los sistemas estelares jóvenes.

Otras lecturas: CfA, MNRAS