Los astrónomos han descubierto que los planetas pueden diferir de las envolturas arremolinadas de gas y polvo de las que nacen. La revelación parece indicar que el modelo de formación de planetas favorecido por los científicos puede ser demasiado simple.
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Northwestern en Illinois hizo este descubrimiento mientras observaba un planeta aún en formación y el disco de material natal en el que se asienta.
El exoplaneta en el centro de esta investigación está PDS 70ba gigante gaseoso con aproximadamente tres veces la masa y el ancho de Júpiter ubicado a 369 años luz de nosotros. PDS 70b orbita su estrella a unas 20 veces la velocidad distancia entre la tierra y el soltardando 119,2 años terrestres en completar una órbita.
Así como esperamos que los niños se parezcan a sus padres, los científicos también esperan que los planetas tengan similitudes con los discos de materia alrededor de las estrellas jóvenes, llamados discos protoplanetariosa partir del cual se forman y luego se asientan en su interior a medida que evolucionan.
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“Para los astrofísicos observacionales, una imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas probablemente era demasiado simplificada”, dijo en un comunicado el líder del equipo Chih-Chun “Dino” Hsu de la Universidad Northwestern. “Según esa imagen simplificada, la proporción de gases de carbono y oxígeno en la atmósfera de un planeta debería coincidir con la proporción de gases de carbono y oxígeno en su disco natal, asumiendo que el planeta acumula materiales a través de los gases en su disco. En cambio, encontramos un planeta con una proporción de carbono y oxígeno mucho menor en comparación con su disco.
“Ahora podemos confirmar las sospechas de que la imagen de la formación de planetas era demasiado simplificada”.
Los niños planetarios siguen su propio camino
Los planetas nacen cuando el material que rodea a las estrellas jóvenes forma un disco protoplanetario. A lo largo de millones de años, los trozos de gas frío y polvo de este disco se acumulan bajo su propia gravedad, formando las semillas de los planetas.
La investigación de esta fase de evolución planetaria se ha visto obstaculizado por el hecho de que, hasta hace poco, ha sido imposible obtener una visión directa de un exoplaneta dentro de su envoltura natal. Generalmente, cuando los planetas se vuelven visibles, están envejecidos y sus envolturas se han disipado.
Sin embargo, el sistema que rodea a la joven estrella PDS 70 es diferente. Allí se pueden distinguir en sus envolturas dos planetas que se estima tienen alrededor de 5 millones de años, PDS 70b y PDS 70c.
“Este es un sistema en el que vemos ambos planetas todavía formándose, así como los materiales a partir de los cuales se formaron”, dijo Jason Wang, miembro del equipo de estudio y profesor asistente de física y astronomía en Northwestern. “Estudios anteriores han analizado este disco de gas para comprender su composición.
“Por primera vez pudimos medir la composición de la planeta aún en formación en sí mismo y ver cuán similares son los materiales en el planeta en comparación con los materiales en el disco”.
Para determinar la composición química del disco y de PDS 70b, el equipo examinó la luz procedente del joven sistema estelar. Esta investigación es posible porque los elementos químicos absorben y emiten luz en longitudes de onda características. Eso significa que los químicos en las atmósferas dejan sus “huellas digitales” en la luz de las estrellas que las atraviesa.
El equipo de estudio desarrolló una nueva tecnología que hizo visibles las características tenues que de otro modo serían indistinguibles.
“Estas nuevas herramientas permiten tomar espectros realmente detallados de objetos débiles junto a objetos realmente brillantes”, dijo Wang. “Porque el desafío aquí es que hay un planeta realmente débil al lado de un planeta realmente lucero. Es difícil aislar la luz del planeta para analizar su atmósfera”.
A partir de estos datos, el equipo pudo obtener información sobre el agua y el monóxido de carbono alrededor de PDS 70b. Con esta información, pudieron inferir la proporción de carbono y oxígeno en la atmósfera del planeta. Luego, el equipo comparó esto con la proporción de los mismos gases en el disco que formó el planeta.
“Al principio esperábamos que relación carbono-oxígeno “En el planeta podría ser similar al disco”, dijo Hsu. “Pero, en cambio, encontramos que la proporción de carbono, en relación con el oxígeno, en el planeta era mucho menor que la proporción en el disco. Esto fue un poco sorprendente y muestra que nuestra imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas era demasiado simplificada”.
El equipo no sabe exactamente qué causó que PDS 70b se separara de su nube prenatal, pero tienen dos posibles explicaciones.
El primero vería el formulario PDS 70b antes que el El disco protoplanetario se enriqueció con carbono.. Alternativamente, este exoplaneta podría haber crecido engullendo grandes cantidades de materiales sólidos en lugar de solo gases.
“Si el planeta absorbiera preferentemente hielo y polvo, entonces ese hielo y polvo se habrían evaporado antes de ingresar al planeta”, dijo Wang. “Por lo tanto, podría estarnos diciendo que no podemos simplemente comparar gas versus gas. Los componentes sólidos podrían estar marcando una gran diferencia en la relación carbono-oxígeno”.
El siguiente paso de los investigadores es examinar más de cerca el sistema estelar PDS 70. Esto incluirá el estudio del planeta PDS 70c, compañero de PDS 70b.
“Al estudiar estos dos planetas juntos, podemos comprender aún mejor la historia de formación del sistema”, dijo Hsu. “Pero, además, este es sólo un sistema. Idealmente, necesitamos identificar más de ellos para comprender mejor cómo se forman los planetas”.
La investigación del equipo fue publicada el miércoles (18 de diciembre) en Astrophysical Journal Letters.