Los científicos creen que los sistemas planetarios como nuestro sistema solar contienen más cuerpos rocosos que ricos en gas. Estos incluyen los planetas interiores alrededor de nuestro Sol (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte), el cinturón de asteroides y objetos del cinturón de Kuiper como Plutón.
Por el contrario, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno contienen principalmente gas. Pero los científicos también saben desde hace tiempo que los discos de formación de planetas comienzan con una masa de gas 100 veces mayor que la de los sólidos, lo que plantea una pregunta apremiante: ¿Cuándo y cómo sale la mayor parte del gas de un sistema planetario naciente?
Un nuevo estudio dirigido por Naman Bajaj en el Laboratorio Planetario y Lunar de la Universidad de Arizona, publicado en la revista Revista astronómica, proporciona respuestas. Utilizando el Telescopio Espacial James Webb, o JWST, el equipo obtuvo imágenes de este sistema planetario emergente, también conocido como disco oceánico, en el proceso de dispersar activamente su gas en el espacio circundante.
«Saber cuándo se difunde el gas es importante porque nos da una mejor idea de la cantidad de tiempo que tardan los planetas gaseosos en consumir gas de su entorno», dice Bajaj, estudiante de doctorado de segundo año en el Laboratorio Planetario Lunar de la Universidad de Arizona. «Con vislumbres sin precedentes de estos discos que rodean estrellas jóvenes, los lugares de nacimiento de los planetas, el Telescopio Espacial James Webb nos está ayudando a descubrir cómo se forman los planetas».
Según Bajaj, durante las primeras etapas de la formación del sistema planetario, los planetas se ensamblan formando un disco giratorio de pequeño gas y polvo alrededor de la joven estrella. Estas partículas se agrupan y se acumulan en piezas cada vez más grandes llamadas planetesimales. Con el tiempo, estos planetesimales chocan y se pegan, formando eventualmente planetas. El tipo, tamaño y ubicación de los planetas que se forman dependen de la cantidad de material disponible y de cuánto tiempo permanece en el disco.
«En resumen, el resultado de la formación de planetas depende de la evolución y propagación del disco», dijo Bajaj.
En el centro de este descubrimiento se encuentra la observación de T Cha, una estrella joven (en relación con el Sol, de unos 4.600 millones de años) rodeada por un disco circunestelar en erosión marcado por una amplia brecha de polvo que se extiende a lo largo de unas 30 UA. O au, donde au representa la distancia promedio entre la Tierra y el Sol.
Bajaj y su equipo pudieron, por primera vez, obtener imágenes del viento del disco, que es el nombre que recibe el gas que abandona lentamente el disco que forma el planeta. Los astrónomos han aprovechado la sensibilidad del telescopio a la luz emitida por un átomo cuando la radiación de alta energía (por ejemplo, a la luz de las estrellas) arranca uno o más electrones de su núcleo. Esto se conoce como ionización, y la luz emitida en este proceso puede utilizarse como una especie de «huella digital» química: en el caso del sistema T Cha, trazas de dos gases nobles, neón y argón. Las observaciones también representan la primera vez que se detecta doble ionización de argón en un disco de formación de planetas, escribió el equipo en el artículo.
«La firma de neón en nuestras imágenes nos dice que los vientos del disco provienen de una región extendida y alejada del disco», dijo Bajaj. «Estos vientos podrían ser impulsados por fotones de alta energía (luz que fluye desde la estrella) o por el campo magnético que se entrelaza a través del disco que forma el planeta».
En un intento por distinguir entre las dos, el mismo grupo, esta vez dirigido por Andrew Sellick, investigador postdoctoral de la Universidad de Leiden (Países Bajos), realizó simulaciones de la dispersión causada por los fotones estelares, la intensa luz que emana de la joven estrella. Compararon estas simulaciones con observaciones reales y descubrieron que la dispersión por fotones estelares de alta energía podría explicar las observaciones y, por lo tanto, no podía descartarse como posibilidad. Ese estudio concluyó que la cantidad de gas que se propaga desde el disco T Cha cada año es equivalente a la cantidad de gas presente en la luna de la Tierra. Estos resultados se publicarán en un artículo complementario, que actualmente se encuentra bajo revisión con Revista astronómica.
Si bien se han descubierto firmas de neón en muchos otros objetos astronómicos, no se sabía que se originaran en discos de formación de planetas de baja masa hasta que fueron descubiertas por primera vez en 2007 con el predecesor del telescopio espacial James Webb, el telescopio espacial Spitzer de la NASA, por Ilaria Pascucci. Profesor de LPL Fueron rápidamente identificados como un rastro de vientos de disco. Estos primeros resultados transformaron los esfuerzos de investigación centrados en comprender la dispersión de gas de los discos circunestelares. Pascucci es el investigador principal del último proyecto de seguimiento y coautor de las publicaciones citadas aquí.
«Nuestro descubrimiento de la emisión de neón resuelta espacialmente, y la primera detección de argón doble ionizado, utilizando el telescopio espacial James Webb podría convertirse en el siguiente paso hacia la transformación de nuestra comprensión de cómo se elimina el gas del disco de formación de planetas», dijo Pascucci. . «Estos conocimientos nos ayudarán a tener una mejor idea de la historia y la influencia en nuestro sistema solar».
Además, el grupo también descubrió que el disco interno de T Cha evoluciona en escalas de tiempo muy cortas, de décadas; Descubrieron que el espectro observado por el telescopio espacial James Webb difiere del espectro anterior descubierto por Spitzer. Según Chengyan
«Combinado con otros estudios, esto también indica que el disco T Cha está al final de su evolución», dijo Shih. «Es posible que podamos ver cómo se disipa toda la masa de polvo en el disco interno de T Cha durante nuestra vida».
Los coautores de las publicaciones incluyen a Uma Gorty del Instituto SETI, Richard Alexander de la Universidad de Leicester, Jane Morrison y András Gaspar del Observatorio Steward en Arizona, Cathy Clark de la Universidad de Cambridge, Julia Palabio del Imperial College London y Ding Shan. Deng con el Laboratorio Lunar y Planetario.
«Pensador incondicional. Aficionado a la televisión galardonado. Emprendedor total. Evangelista de la web. Nerd del café».