Las estrellas nacen cuando densas nubes de material interestelar colapsan bajo su propia gravedad, girando en discos planos que eventualmente se enrollan en estrellas bebés. Ahora, por primera vez, se han detectado indicios de formación de planetas alrededor de una protoestrella tan joven, la nube de polvo y gas sobrante todavía se está colapsando y el disco aún se está formando.
Esta es la detección más temprana de tales estructuras en un anillo protoestelar, y sugiere que la formación de planetas comienza antes de lo que pensábamos, antes de que el sistema naciente tenga incluso 500.000 años.
La joven protoestrella se llama IRS 63 y se encuentra a 470 años luz de distancia en la región de formación estelar Rho Ophiuchi, un vivero estelar donde el polvo es lo suficientemente espeso como para formar los grupos giratorios que eventualmente formarán estrellas.
IRS 63 está en la clase I del proceso de formación de estrellas, con menos de medio millón de años. Ha pasado la fase de acreción principal y tiene la mayor parte de su masa final; brillando intensamente en longitudes de onda milimétricas, también es una de las protoestrellas más brillantes de su clase.
Además, el IRS 63 tiene un disco grande, que se extiende a alrededor de 50 unidades astronómicas. Estas propiedades, junto con su proximidad, hacen del objeto un objetivo excelente para estudiar la formación de estrellas y planetas.
La región de formación estelar de Rho Ophiuchi. (ESO / Digital Sky Survey 2)
Usando el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array en Chile: un radiotelescopio con excelente historial de detectar la formación temprana de planetas: un equipo dirigido por el astrónomo Dominique Segura-Cox del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania echó un vistazo más de cerca a la estrella y la nube de polvo que la rodea.
Allí, en el disco giratorio, el equipo encontró una sorpresa: dos huecos concéntricos oscuros centrados alrededor de la protoestrella, lo que los astrónomos consideran un signo de formación de planetas.
La formación de planetas es un proceso poco conocido. El modelo más popular es la acumulación de núcleos: los granos de polvo en el disco se acumulan gradualmente, primero se pegan entre sí electrostáticamente y luego gravitacionalmente a medida que el cuerpo crece cada vez más. Mientras esto ocurre, el protoplaneta asciende por todo el material a lo largo de su trayectoria orbital, creando un espacio en el disco circunestelar.
Estas lagunas se han detectado en casi todos los discos de los que hemos obtenido imágenes con una resolución suficientemente alta. Pero hay un gran problema con el modelo: los planetas tardan mucho tiempo en formarse de esa manera y los discos protoestelares de más de 1 millón de años no parecen tener suficiente material. para formar la población de exoplanetas conocida.
Los astrónomos han encontrado más de 35 sistemas protoestelares de clase II alrededor de la edad de 1 millón de años que han perdido sus grandes nubes de polvo, pero todavía tienen discos protoestelares y huecos pronunciados en ellos. El hecho de que tengan brechas tan bien desarrolladas con solo 1 millón de años, sugiere que el proceso de formación de planetas ya está en marcha para cuando las estrellas tengan esta edad.
Si las estructuras detectadas por Segura-Cox y su equipo son creadas por planetas, apoyaría esta idea y ofrecería una solución al problema de la masa faltante en el disco protoestelar.
“Las recientes mediciones de la masa de polvo de los discos de clase II también indican que el agotamiento del polvo observado podría explicarse si se bloquea una masa sustancial en planetesimales en escalas de tiempo de menos de 0,1 a 1 millón de años”. los investigadores escribieron en su artículo.
En comparación con los espacios en estos discos de clase II, los espacios en el disco alrededor del IRS 63 tienen un contraste más bajo, lo que sugiere que contienen más material. Por lo tanto, los supuestos protoplanetas en dichos huecos se encuentran en una etapa anterior de desarrollo.
El equipo también calculó las masas protoplanetarias potenciales necesarias para causar los huecos que vieron. La brecha más cercana a la estrella, a una distancia de 19 unidades astronómicas, debería haber sido creada por un objeto de 0,47 veces la masa de Júpiter. La brecha más distante, a 37 unidades astronómicas, debería haber sido tallada por un objeto de 0,31 veces la masa de Júpiter.
Estas masas son los límites superiores, pero incluso las estimaciones más bajas ya serían cuerpos sustancialmente grandes: la Tierra tiene 0,003 veces la masa de Júpiter. Esto es inesperado, ya que existen barreras significativas en nuestros modelos planetarios para una acumulación tan rápida.
Una explicación alternativa, señalan los investigadores, es que los planetas aún no han comenzado a formarse. En cambio, los espacios podrían ser creados por un fenómeno conocido como deriva radial: el gas en el disco crea resistencia, lo que hace que las partículas de polvo y roca pierdan impulso angular y comiencen a desplazarse hacia la estrella. En realidad, esto se considera una barrera para la formación de planetas, ya que el planeta tiene que formarse más rápido que la deriva radial.
Pero la densidad del gas no es necesariamente uniforme, y un máximo local en la densidad de la superficie radial del gas puede formar una “trampa” para el polvo. Entonces, es posible que los espacios sean creados por el polvo que migra hacia adentro, y los anillos más densos en el disco son estas trampas máximas de presión de gas.
Según esta interpretación, estos anillos gruesos y polvorientos podrían alcanzar proporciones más altas de polvo a gas, lo que da como resultado zonas de acreción acelerada, por lo que son como protoprotoplanetas.
De cualquier manera, lo que el equipo ha observado en el disco alrededor del IRS 63 probablemente sea el resultado de la formación de planetas, ubicando los inicios del proceso en una línea de tiempo mucho más temprana de lo que hemos visto antes.
“Incluso en el caso más conservador [..] estas características son indicaciones de que el polvo comienza a acumularse en determinados radios del disco. Es probable que la estructura del disco tenga un efecto en la evolución de los planetas comenzando temprano en el proceso de formación estelar “. los investigadores escribieron en su artículo.
“Las protoestrellas de clase I permanecen incrustadas en una envoltura a gran escala de gas y polvo, que puede reponer el disco a medida que se acumula material, lo que indica que si la formación de planetas en el disco de IRS 63 ya ha comenzado, entonces es probable que los planetas y las protoestrellas crecer y evolucionar juntos desde los primeros tiempos “.