¿Cómo se pesa un planeta que no se puede ver a muchos años luz de distancia? Los astrónomos pueden tener la respuesta, y se trata de “leer entre los anillos”, también conocidas como las hermosas y brillantes estructuras polvorientas que los exoplanetas recién nacidos crean alrededor de sus estrellas jóvenes.
Los planetas en general nacen del polvo, gas y pequeños fragmentos llamados “planetesimales” que rodean a las estrellas jóvenes. Como resultado, en su relativa juventud, estos mundos se encuentran todavía incrustados en este material natal que gira en estructuras en forma de placas llamadas discos protoplanetarios. Sin embargo, observaciones recientes han revelado que a medida que estos exoplanetas jóvenes orbitan alrededor de sus estrellas madre, también crean carriles en este disco de gas y polvo.
Si bien estos anillos se han utilizado para determinar la presencia de exoplanetas alrededor de estrellas, esta nueva investigación sugiere una forma de utilizar esos surcos para evaluar también las características de los exoplanetas.
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“Hace mucho que entendemos que los anillos podrían crearse a partir de polvo concentrado que se acumula justo más allá de la órbita de planetas jóvenes e incrustados, pero hasta ahora no hemos podido vincular las características de estos anillos con las masas de los planetas”, dijo en un comunicado la líder del equipo Amena Faruqi del Grupo de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Warwick en el Reino Unido. “Al leer ‘entre los anillos’, ahora hemos encontrado una manera de reconstruir las masas de los planetas que crean los anillos, incluso cuando esos planetas son demasiado débiles o demasiado incrustados para observarlos directamente.
“Estos anillos brillantes no son sólo estructuras hermosas, son esencialmente huellas dactilares planetarias”.
Investigando un sistema estelar polvoriento
El primer paso dado por Faruqi y sus colegas implicó el uso de simulaciones por computadora para evaluar cómo las masas de los exoplanetas crearían formas distintas para los anillos en los discos protoplanetarios. Descubrieron que el ancho de los anillos de polvo y la ubicación del punto más brillante en ese anillo son clave para evaluar las características de los exoplanetas ocultos.
Curiosamente, la relación entre la masa de un planeta y el brillo máximo del anillo de polvo que crea se mantiene independientemente de la longitud de onda de luz en la que se muestre el sistema, así como del tamaño de los granos de polvo en el anillo. Eso significa que los astrónomos no necesitan conocer las condiciones exactas alrededor de una estrella joven para evaluar la masa de sus exoplanetas.
Los científicos probaron su nueva técnica aplicándola a un sistema planetario ubicado a unos 370 años luz de distancia llamado PDS 70, que los astrónomos han estado estudiando con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un conjunto de 66 antenas de radio ubicadas en el norte de Chile.
“Uno de los puntos fuertes de este trabajo es que no se queda en el ámbito de la teoría: hemos podido tomar estos resultados de simulación y aplicarlos directamente a sistemas reales observados”, dijo en el comunicado Jessica Speedie del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). “El uso del sistema PDS 70 como laboratorio de observación permitió una verificación real del método, lo que nos da la confianza de que estos métodos están realmente listos para ser aplicados ampliamente lo antes posible”.
PDS 70 fue un objeto de prueba útil para el equipo porque posee al menos dos exoplanetas, PDS 70 b y PDS 70 c, y se han obtenido imágenes directas. La técnica arrojó una masa estimada para PDS 70 c en línea con las estimaciones actuales de alrededor de 7,5 veces la masa de Júpiter. Los resultados del equipo también arrojaron algunas ideas sorprendentes sobre los procesos que rodean la formación de planetas, además de plantear preguntas que los astrónomos estarán deseosos de responder.
Qué leer a continuación
“Otro resultado sorprendente de las simulaciones es que, en discos típicos, planetas en formación más masivos pueden atrapar hasta 20 veces la masa de la Tierra en polvo dentro de estos anillos”, dijo en el comunicado Ralph Pudritz, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad McMaster. “Esto confirma las observaciones de ALMA, pero plantea la pregunta de por qué no se han detectado nuevos planetas en el polvo y los guijarros atrapados en el anillo. “Nuestros resultados sugieren que el polvo es lo suficientemente abundante y concentrado como para potencialmente iniciar la formación de planetas. Esta es una idea importante que iniciará más observaciones y teorías”.
En última instancia, esta nueva técnica y su poder para estudiar sistemas planetarios infantiles también podría ayudarnos a comprender cómo tomó forma nuestro propio sistema planetario hace unos 4.600 millones de años.
“Lo que más me emociona es el momento. Con ALMA entregando imágenes de disco cada vez más detalladas y futuras instalaciones en el horizonte, nunca ha habido un mejor momento para desarrollar estos métodos”, dijo Farzana Meru, miembro del equipo del Departamento de Física de la Universidad de Warwick. “La combinación de nuestros diagnósticos basados en polvo con observaciones de la presión del gas abrirá una nueva y poderosa ventana a los planetas ocultos que dan forma a estos discos y los diversos sistemas planetarios que se formarán”.
La investigación del equipo fue publicada el jueves (28 de mayo) en The Astrophysical Journal.