Imagen de ALMA del polvo en PDS 70, un sistema estelar ubicado a aproximadamente 370 años luz de la Tierra. Dos manchas débiles en la región de la brecha de este disco se asocian con planetas recién formados. Una de esas concentraciones de polvo es un disco circumplanetario, la primera característica de este tipo detectada alrededor de una estrella distante. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella.
Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos observó por primera vez un disco circumplanetario, el anillo de polvo y gas que rodea algunos planetas y que, según creen los astrónomos, controlan la formación planetaria y crean un completo sistema de lunas como el que hay alrededor de Júpiter.
Este joven sistema estelar, conocido como PDS 70, se encuentra a unos 370 años luz de la Tierra. Recientemente se confirmó la presencia de dos planetas masivos similares a Júpiter orbitando alrededor de la estrella. El hallazgo lo había realizado el Very Large Telescope (VLT), de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO, en su sigla en inglés), que anteriormente detectó el cálido brillo emitido naturalmente por el gas de hidrógeno en proceso de acreción en dirección de los planetas.
Las nuevas observaciones de ALMA en su lugar muestran las débiles ondas de radio emitidas por las diminutas partículas de polvo alrededor de la estrella (de aproximadamente una décima de milímetro de diámetro).
Los datos de ALMA, combinados con las observaciones ópticas e infrarrojas del VLT, proporcionan una evidencia convincente de que un disco de polvo capaz de formar múltiples lunas rodea el planeta más externo conocido en el sistema.
“Por primera vez, vemos indicios concluyentes de un disco circumplanetario que sustentan muchas de las teorías actuales de formación planetaria”, afirma Andrea Isella, astrónomo de la Universidad Rice (Houston, Texas) y autor principal de un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal Letters.
“Al comparar nuestras observaciones con imágenes infrarrojas y ópticas de alta resolución, podemos ver que una extraña concentración de pequeñas partículas de polvo en realidad es un disco de polvo circumplanetario, y es la primera vez que se observa este fenómeno con tanta claridad”, explica Isella. Según los investigadores, esta es la primera vez que un planeta se detecta claramente en los tres tipos de luz (infrarrojo, óptico, y radio).
Imagen compuesta de PDS 70. Al comparar los nuevos datos de ALMA con las observaciones anteriores del VLT, los astrónomos determinaron que el joven planeta designado como PDS 70 c tiene un disco circumplanetario, una característica que se cree que es el lugar de nacimiento de lunas.
Crédito: ALMA (ESO/NOAJ/NRAO) A. Isella; ESO.
A diferencia de los helados anillos de Saturno, que probablemente se formaron tras la colisión de cuerpos similares a cometas y cuerpos rocosos, hace relativamente poco tiempo en la historia de nuestro Sistema Solar, los discos circumplanetarios son restos de procesos de formación planetaria.
Las observaciones de ALMA revelaron dos diferencias claras entre los dos planetas recientemente descubiertos. El más cercano al centro de los dos, PDS 70 b, que está más o menos tan distante de su estrella como Urano del Sol, tiene una estela de polvo detrás de sí. “Todavía no sabemos qué es y qué implicancias tiene para este sistema planetario”, comenta Isella. “Lo único cierto es que está lo suficientemente lejos del planeta como para ser un objeto independiente”.
El segundo planeta, PDS 70 c, se encuentra exactamente en el mismo lugar que una mancha de polvo revelada por los datos de ALMA. Como este planeta es tan brillante en las bandas infrarroja y de hidrógeno, los astrónomos son convincentes al explicar que ya hay un planeta en órbita en ese lugar y que el gas que lo rodea sigue desplazándose hacia su superficie, en un estirón final de su crecimiento adolescente.
Este planeta más alejado se encuentra a unos 5.300 millones de kilómetros de la estrella anfitriona, una distancia similar a la que separa Neptuno de nuestro Sol. Los astrónomos calculan que tiene entre 1 y 10 veces la masa de Júpiter. “De tener una masa más cercana a 10 masas de Júpiter, es muy posible que este planeta tenga lunas de escala planetaria en proceso de formación a su alrededor”, señala Isella.
Las observaciones de ALMA aportaron además otro elemento importante.
Estudiar los sistemas planetarios es considerablemente más difícil con telescopios ópticos. En efecto, como las estrellas son mucho más brillantes que los planetas, es difícil filtrar su brillo. Sería un poco como detectar una luciérnaga al lado de una linterna que nos encandila. Con ALMA no se da ese problema, puesto que las estrellas emiten muy poca luz en longitudes de onda milimétricas y submilimétricas.
“Esto significa que podemos volver a observar este sistema en diferentes momentos y mapear con facilidad la órbita de los planetas y la concentración de polvo en el sistema”, concluye Isella. “Así tendremos información única sobre las propiedades orbitales de los sistemas solares en sus primeras etapas de desarrollo”.
Información adicional
Referencia:“Detection of continuum submillimeter emission associated with candidate protoplanets,” A. Isella, et al., the Astrophysical Journal Letters: apjl.aas.org; Preprint: https://arxiv.org/abs/1906.06308
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
Fuente del artículo: ALMA Observatory.
Material relacionado:
Los siguientes artículos tratan de ilustrar qué es un “disco protoplanetario”, la formación de planetas en ellos, y la posibilidad de poder lograr imágenes tanto de radio como ópticas para poder observar por primera vez su desarrollo, evolución y las características de los mismos y poder compararlos con los modelos de formación. Todo esto ha sido posible gracias a desarrollos tecnólogicos implementados en esta década.
El siguiente artículo lo ilustra en detalle, tomando como ejemplo el proceso de formación del Sistema Solar y en particular de la Tierra:
What Was It Like When Planet Earth Took Shape? Ethan Siegel. Starts with a Bang / Medium. March 13, 2019.
Con el fin de responder a la pregunta intrigante sobre cómo nacen los planetas y otras asociadas a ese proceso, un equipo de astrónomos usó el observatorio ALMA para realizar uno de los mapeos más detallados hasta ahora de discos protoplanetarios, esos anillos de polvo que rodean jóvenes estrellas y en los cuales se forman planetas permitiendo su estudio con una nuevo enfoque, según lo muestra el siguiente artículo:
Campaña de ALMA ofrece vista sin precedentes a nacimiento de planetas. ALMA, Dic. 12, 2018.
También se han logrado imágenes ópticas de gran resolución de discos protoplanetarios utilizando instrumentos especializados como SPHERE en el VLT de ESO y el Gemini Planet Imager (GPI), montado en el “Gemini South” también en Chile según lo presenta el siguiente artículo, que además muestra las características observadas en varios de ellos:
Stellar Disks Reveal How Planets Get Made. Joshua Sokol. Quanta Magazine. May 21, 2018.
Específicamente sobre las imágenes de discos protoplanetarios logradas con el instrumento Sphere:
Esculpiendo sistemas solares: El instrumento SPHERE, de ESO, revela discos protoplanetarios a los que planetas recién nacidos les dan forma. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Nov. 10, 2016.
Las imágenes de los discos protoplanetarios contienen espacios vacíos (coronas sin material) que hacen que se piense que allí hay y se formó un exoplaneta. Pero las cosas no son lo que parecen, según lo explica el siguiente trabajo:
Filling (Dust) Gaps in our Knowledge of Planet Formation.. Jamila Pegues. Astrobites. Aug 23, 2018 .
Los tres artículos a continuación son de caracter avanzado, uno sobre la formación del Sistema Solar, otro sobre la caracterización de discos protoplanetarios y el tercero acerca de la formación de exolunas.
Formation of Planetary Systems. Prof. Dale E. Gary, NJIT.
Review Article: Protoplanetary Disks and Their Evolution. Ian Czekala. Astrobites. March 11, 2011.
Formation, Habitability, and Detection of Extrasolar Moons. René Heller, Darren Williams et al. Astrobiology. 2014 Sep 1; 14(9): 798–835.
Una selección de recursos sobre discos protoplanetarios se encuentra en:
Aficionados colaborando en un proyecto de la NASA, encontraron un disco protoplanetario de mucho más edad de lo habitual. Carlos Costa. Asociación de Aficionados a la Astronomía de Uruguay. Nov. 11, 2016.
Curiosidades:
Como nota histórica, en 2016 (ALMA) produjo nuevas imágenes con un nivel de detalle sin precedentes en las que se observa el disco protoplanetario que circunda una estrella similar al Sol. El artículo publicado en aquella oportunidad es el siguiente:
ALMA obtiene la mejor imagen de un disco protoplanetario. ALMA . Marzo 30, 2016.
