EL ÁLBUM DE FOTOS DE LOS PLANETAS DE BEBÉS PUEDE ESTAR MÁS VACÍO DE LO QUE PENSABAN

Una nueva investigación está impulsando el debate sobre la teoría de que las brechas en los discos de formación de planetas alrededor de las estrellas jóvenes marcan espacios donde los planetas se crean en tiempo real. Resulta que los planetas que, según las simulaciones, crecerían en esas brechas no se parecen a los planetas adultos observados alrededor de estrellas más maduras.

Entonces, tal vez estos discos rotos no apuntan a la formación de planetas en absoluto, o al menos, no son los tipos más comunes de planetas que los telescopios actuales pueden ver.

“La pregunta que planteamos, y lo expresamos con audacia, es si esas brechas en los anillos son realmente causadas por planetas, o si son causadas por otras cosas”, dice el astrofísico Nelson Ndugu de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Mbarara en Uganda. “En este momento, es demasiado pronto para tomar partido”.

La receta básica de formación de planetas comienza con una nube de gas y polvo, que se colapsa en una estrella central rodeada por un disco giratorio interrumpida por espacios oscuros (SN: 11/29/14, p. 32). SN: 5/12/18, p. 28. La gravedad atrae el gas y el polvo en grupos del tamaño de una piedra, que se agrupan en cantos rodados. Eventualmente, esas rocas crecen y son lo suficientemente poderosas como para comenzar a aspirar el gas circundante, y finalmente se convierten en gigantes de gas. Los modelos teóricos sugirieron que todo el proceso debería tomar unos 10 millones de años para construir un Júpiter.

En 2014, los astrónomos obtuvieron lo que parecía su primer vistazo de este proceso en acción. El Atacama Large Millimeter / submillimeter Array en Chile, o ALMA, tomó una foto de la joven estrella HL Tau, a unos 450 años luz de distancia, en la constelación de Tauro, que mostraba un disco.

El disco que forma un planeta alrededor de la joven estrella HL Tau está atravesado por anillos, que se cree que están esculpidos por planetas que crecen dentro de los huecos. Pero HL Tau, el primer disco que se sabe que presenta tales brechas, es demasiado joven para tener planetas tan bien desarrollados.

Los investigadores inicialmente atribuyeron estas brechas a los planetas recién nacidos que recogían el gas del disco a medida que crecían. Se piensa que un proceso similar dio forma a los anillos y lunas alrededor de Saturno ( SN: 9/2/17, p. 16 ). Luego, en 2018, los astrónomos informaron sobre un planeta llamado PDS 70b , el primer planeta infante que se vio en un espacio de disco ( SN: 8/4/18, p. 5 ). Observaciones posteriores encontraron un segundo planeta orbitando la misma estrella.

El problema es que los planetas que orbitan el PDS 70 son los únicos ejemplos. La teoría tampoco era adecuada para HL Tau: la estrella tenía solo 1 millón de años, demasiado joven para haber llegado tan lejos en la formación de un sistema planetario.

“Realmente no tenía sentido”, dice el astrofísico Nienke van der Marel en el Instituto Herzberg de Astrofísica en Victoria, Canadá. En febrero, ella y sus colegas publicaron en el Astrophysical Journal una encuesta de otros 16 discos protoplanetarios, con edades que van desde menos de medio millón de años hasta más de 10 millones de años. Todos los discos se rompieron en huecos y anillos, en lugar de ser suaves extensiones de gas.

“Eso es difícil de explicar si es causado por planetas”, dice ella. Si todos esos espacios marcan puntos de formación de planetas, eso significaría que “los planetas deben formarse extremadamente rápido”.

Incluso si los planetas fueron responsables de todas las brechas observadas, las cosas aún no se combinan, Ndugu y sus colegas discuten en un artículo publicado en arXiv.org el 27 de junio. Los investigadores realizaron simulaciones por computadora de los planetas que crecen y compararon los anillos resultantes. Discos a las observaciones de ALMA de 20 discos protoplanetarios de una encuesta de 2018 llamada DSHARP .

“Tomamos esta [encuesta] como un paso intermedio para nuestras simulaciones de formación para ver qué sucede realmente”, dice el astrofísico Bertram Bitsch, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania. Luego, el equipo dejó que las simulaciones se ejecutaran hasta que el disco desapareciera, ya sea fusionado en planetas o arrastrado por la radiación de la estrella.

Ambos pasos de la simulación produjeron resultados que se desviaron de lo que se observa en la galaxia. Primero, las simulaciones sugirieron que los alcances externos de los discos necesitaban aproximadamente 2,000 veces la masa de la Tierra en guijarros para hacer crecer planetas que pudieran abrir las brechas observadas. Pero la mayoría de las estrellas no tienen mucho material en el alcance externo de sus discos.

Suponiendo que las brechas en los discos DSHARP se debían a planetas, las simulaciones indicaron que esos planetas se habrían convertido en gigantes gaseosos orbitando al menos tan lejos de sus estrellas como lo hace Urano del sol. Tales planetas deberían ser lo suficientemente brillantes para ser vistos con telescopios. Pero de los más de 4,000 exoplanetas adultos descubiertos hasta la fecha, solo unos pocos son gigantes gaseosos tan distantes.

“Predecimos una cierta población de planetas que serían observables, pero no los vemos”, dice Bitsch. El equipo concluye que algo falta en la teoría de cómo se forman las brechas en los discos de gas.

Es posible, por supuesto, que los discos estudiados hasta ahora sean excepciones a la regla. Las imágenes de DSHARP se enfocaron en los discos más grandes y brillantes porque son los más fáciles de detectar, dice Jane Huang, miembro del equipo de investigación del Harvard Smithsonian Center for Astrophysics en Cambridge, Massachusetts. Por lo tanto, comparar los planetas potenciales en esos discos con toda la población de exoplanetas “eso no va a ser una comparación justa “, dice ella.

Los astrónomos también están buscando otras formas en que se puedan hacer huecos en un disco. “Tal vez hay algo de física exótica en los discos que no requiere planetas”, dice van der Marel. Su trabajo publicado en febrero ha descartado una teoría: las brechas representan “líneas de nieve” alrededor de la estrella, donde varios elementos químicos se condensan de gas a sólido. Pero todavía hay opciones que involucran campos magnéticos, corrientes de deriva o rarezas gravitacionales.

Sin embargo, esas posibilidades más exóticas no pueden explicar cada disco. Ni siquiera está claro que esos procesos siempre ocurren en los discos. Entonces, la teoría de la construcción de planetas, a pesar de todas sus deficiencias, podría ser la mejor opción.

“Una de las ventajas de la explicación del planeta”, dice Huang, “es que sabemos que existen planetas”.IMAGENES tomadas por el Atacama Large Milimeter / submilimeter Array en Chile, vienen en una variedad de formas.