A menos que estés leyendo esto en un avión o en la Estación Espacial Internacional, entonces resides actualmente en la superficie de un planeta. Estás aquí porque el planeta está aquí. Pero, ¿cómo llegó el planeta aquí? Como una bola de nieve que rueda y recoge más nieve, los planetas se forman a partir del polvo suelto y el gas que rodea a las estrellas jóvenes. A medida que los planetas orbitan, su gravedad atrae más material perdido y crecen en masa. no estamos seguros cuándo el proceso de formación de planetas comienza en la órbita de nuevas estrellas, pero tenemos nuevos conocimientos increíbles de uno de los sistemas solares más jóvenes jamás observados llamado IRS 63.
Sopa primordial
Remolinos en órbita de estrellas jóvenes (o protoestrellas) son discos masivos de polvo y gas llamados discos circunestelares. Estos discos son lo suficientemente densos como para ser opacos y ocultar los sistemas solares jóvenes de la luz visible. Sin embargo, la energía que emana de la protoestrella calienta el polvo que luego brilla en la radiación infrarroja que penetra más fácilmente las obstrucciones que las longitudes de onda de la luz visible. De hecho, el grado en que se observa un sistema estelar recién formado en luz visible o infrarroja determina su clasificación. Las protoestrellas de clase 0 están completamente envueltas y solo se pueden observar en longitudes de onda submilimétricas correspondientes al infrarrojo lejano y la luz de microondas. Las protoestrellas de clase I se pueden observar en el infrarrojo lejano, las de clase II en el infrarrojo cercano/rojo y, por último, la superficie y el sistema solar de una protoestrella de clase III se pueden observar en luz visible a medida que el polvo y el gas restantes son arrastrados por la creciente energía de la estrella Y/O se ha formado en PLANETAS! De ahí venimos. Ese material sobrante que orbita estrellas recién formadas es lo que se acumula para formar US. Todo el proceso desde la Clase 0 hasta la Clase III, cuando el sistema solar deja su capullo de polvo y se une a la galaxia, dura unos 10 millones de años. Pero, ¿en qué etapa comienza la formación de planetas? Los discos circunestelares más jóvenes que habíamos observado tienen un millón de años y habían mostrado evidencia de que la formación planetaria ya había comenzado. El IRS 63 observado recientemente tiene menos de 500.000 años (Clase I) y muestra signos de posible formación de planetas. ¿La emoción? Nos sorprendió ver evidencia de formación planetaria tan temprano en la vida de un sistema solar.
«Ya sea que existan o no planetas en el disco de IRS 63, está claro que el proceso de formación de planetas comienza en las fases protoestelares jóvenes, antes de lo previsto por las teorías actuales de formación de planetas».
– Segura-Cox et al. 2020
La imagen de arriba es de la protoestrella IRS 63 tal como la muestra ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array). ALMA puede observar a través de la cubierta polvorienta del disco circunestelar que rodea el sistema estelar. IRS 63 se encuentra a 144 parsecs de la Tierra (unos 470 años luz) con un radio de disco de 82 UA (unidades astronómicas o la distancia media entre la Tierra y el Sol de 150 millones de km). Si bien hemos identificado protoestrellas aún más jóvenes, sus discos están orientados de borde o cerca del borde en ángulos, de modo que es difícil observar sus características. Desde nuestro punto de vista, el IRS 63 está inclinado hacia nosotros a 45 grados y ofrece una vista de las primeras etapas de la formación de un sistema solar. Para mejorar el contraste y el detalle de la imagen, se creó un modelo de computadora de IRS 63 que era «suave», como si el polvo y el gas se hubieran acumulado alrededor de la estrella sin perturbaciones: un disco «perfecto». Luego, este modelo de computadora se sustrajo de la imagen real, mejorando las diferencias entre el disco real y el disco simulado.
Un equipo internacional de científicos dirigido por Astronomer Dominqiue Segura-Cox del Instituto Max-Planck observó cuatro características clave dentro del disco: dos anillos (R1 y R2) y dos espacios (G1 y G2). El anillo interior, R1, está ubicado en un radio de 27 AU con un ancho de 6 AU, mientras que R2 está ubicado en un radio de 51 AU con un ancho de 13 AU. G1 tiene un radio de 19 AU con un ancho de 3,2 AU, mientras que G2 tiene un radio de 37 AU con un ancho de 4,5 AU
Cuidado con la brecha
Las características de brecha y anillo pueden ser indicativas de la formación de planetas o de los procesos que dan lugar a la formación de planetas. Se sabe que las brechas observadas en los discos circunestelares más maduros son causadas por protoplanetas que «pastorean» el polvo en anillos claramente observables mientras crean una brecha donde el planeta orbita. Se forman brechas donde el material del disco ha sido capturado por la gravedad del protoplaneta y se incorpora al propio planeta. En los discos Clase II más maduros, los huecos casi no muestran emisión de polvo infrarrojo, lo que significa que están casi desprovistos de polvo. Los huecos del IRS 63 todavía muestran alguna emisión de polvo, lo que significa que todavía hay rastros de polvo en los huecos. Entonces, ¿hay planetas orbitando IRS 63 entonces? El equipo dice que la respuesta es «ambigua». PERO, si los espacios son creados por protoplanetas en órbita, se pueden estimar sus tamaños. La brecha G1 podría ser el hogar de un planeta que tiene aproximadamente 0,47 de la masa de Júpiter y G2 podría albergar un planeta de 0,31 de la masa de Júpiter.
un timbre
Si bien las brechas podrían ser excavadas por la acumulación de protoplanetas, los anillos también pueden ser catalizadores de la formación de protoplanetas. Existe un problema periférico en nuestros modelos de formación de planetas llamado «problema de deriva radial». La fricción entre el polvo en el disco crea un efecto de arrastre que hace que el polvo pierda impulso y se desplace o «caiga» a través del radio del disco hacia la estrella. Piensa menos en órbita y más dando vueltas alrededor de un desagüe. Pero está claro que tenemos sistemas estelares, por lo que debe haber un proceso natural que evite que el polvo de un sistema caiga en espiral hacia la protoestrella. Las estructuras de anillo pueden ser lo que salva el sistema. Los anillos están formados por gases volátiles en el disco circunestelar que están presurizados por la energía de la estrella. A medida que el polvo cae hacia adentro, los gases en el disco empujan hacia afuera creando una barrera donde el polvo se acumula y puede acumularse en protoplanetas.
Evolución del planeta
Nuevamente, no sabemos con certeza si existen planetas o protoplanetas dentro del remolino de gas y polvo de IRS 63. Si existen planetas, el sistema es demasiado joven para observarlos directamente. Sin embargo, dice el equipo de investigación, «si la formación de planetas ya está comenzando en el disco de IRS 63, entonces es probable que los planetas y las protoestrellas crezcan y evolucionen juntos desde los primeros tiempos». Incluso antes de lo previsto. Las imágenes de IRS 63 también apoyan las hipótesis de formación de gigantes gaseosos. Más cerca de la protoestrella, los gases son calentados y excitados por la energía de la estrella de tal manera que no pueden fusionarse en un protoplaneta. En cambio, los gases tendrían que acumularse fuera del radio de la «línea de nieve» de la estrella donde están congelados y pueden acumularse en la superficie de un planeta. Júpiter actualmente orbita a 5,2 AU, pero las simulaciones sugieren que se formó mucho más lejos, a casi 30 AU, y luego migró hacia adentro con el tiempo. Si las brechas en IRS 63 son indicativas de la formación de gigantes gaseosos, entonces serían consistentes con los modelos que predicen la formación de Júpiter en un radio más distante en nuestro propio sistema solar.
Entre todo lo que he aprendido sobre el espacio, esta realidad de nuestra existencia es siempre la más humilde e inspiradora: la Tierra, la vida en la Tierra, tú, yo, estamos literalmente hechos del polvo y los gases de las estrellas. Todos comenzamos, como el IRS 63, como una masa arremolinada reunida por fuerzas fundamentales de la naturaleza para convertirnos en rocas, océanos, nubes, células, piernas, alas, papel, telescopios, computadoras y naves estelares. Como Dra. Jill Tarter de SETI dice: «Nosotros, todos nosotros, somos lo que sucede cuando una mezcla primordial de hidrógeno y helio evoluciona durante tanto tiempo que comienza a preguntarse de dónde vino».
Más para explorar:
Formación de planetas en la infancia estelar – Observatorio Astrofísico Smithsonian
¿Cómo se forman los planetas? El meteorito de Semarkona muestra algunas pistas – Universe Today
No hay diferencia química entre estrellas con o sin planetas – Universe Today
¿Júpiter nació más allá de las órbitas actuales de Neptuno y Plutón? – PNASEstudio adicional del infrarrojo medio de la población estelar joven de la nube rho Ophiuchi: luminosidades y masas de estrellas previas a la secuencia principal – Revista astrofísica
