Usando datos de velocidad del gas, Los científicos que observaron a Elias 2-27 pudieron medir directamente la masa del disco protoplanetario de la estrella joven y también rastrear perturbaciones dinámicas en el sistema estelar. Visibles en este compuesto de paneles son los datos de emisión de polvo continuo de 0,87 mm (azul), junto con las emisiones de gases C18O (amarillo) y 13CO (rojo). Crédito:ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / T. Paneque-Carreño (Universidad de Chile), B. Saxton (NRAO)
Un equipo de científicos que utilizó el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) para estudiar la joven estrella Elias 2-27 ha confirmado que las inestabilidades gravitacionales juegan un papel clave en la formación de planetas. y por primera vez han medido directamente la masa de los discos protoplanetarios utilizando datos de velocidad del gas, potencialmente desbloqueando uno de los misterios de la formación de planetas. Los resultados de la investigación se publican hoy en dos artículos en The Diario astrofísico .
Los científicos conocen a los discos protoplanetarios (discos formadores de planetas hechos de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes recién formadas) como el lugar de nacimiento de los planetas. El proceso exacto de formación de planetas, sin embargo, ha seguido siendo un misterio. La nueva investigación, dirigido por Teresa Paneque-Carreño, recién egresada de la Universidad de Chile y Ph.D. estudiante de la Universidad de Leiden y del Observatorio Europeo Austral, y autor principal del primero de los dos artículos, se centra en desvelar el misterio de la formación de planetas.
Durante las observaciones, Los científicos confirmaron que el sistema estelar Elias 2-27, una estrella joven ubicada a menos de 400 años luz de la Tierra en la constelación de Ophiuchus, exhibía evidencia de inestabilidades gravitacionales que ocurren cuando los discos de formación de planetas llevan una gran fracción de las estrellas del sistema. masa. "Cómo se forman exactamente los planetas es una de las principales preguntas en nuestro campo. Sin embargo, hay algunos mecanismos clave que creemos que pueden acelerar el proceso de formación de planetas, ", dijo Paneque-Carreño." Encontramos evidencia directa de inestabilidades gravitacionales en Elías 2-27, lo cual es muy emocionante porque es la primera vez que podemos mostrar pruebas cinemáticas y de múltiples longitudes de onda de que un sistema es gravitacionalmente inestable. Elias 2-27 es el primer sistema que marca todas las casillas ".
Las características únicas de Elias 2-27 lo han hecho popular entre los científicos de ALMA durante más de media década. En 2016, Un equipo de científicos que utilizó ALMA descubrió un molinillo de polvo girando alrededor de la joven estrella. Se creía que las espirales eran el resultado de ondas de densidad, comúnmente conocido por producir los brazos reconocibles de las galaxias espirales, como la Vía Láctea, pero en ese momento, nunca antes se había visto alrededor de estrellas individuales.
Elias 2-27 es una estrella joven ubicada a solo 378 años luz de la Tierra. La estrella alberga un enorme disco protoplanetario de gas y polvo, uno de los elementos clave para la formación de planetas. En esta ilustración gráfica, el polvo se distribuye a lo largo de una morfología en forma de espiral descubierta por primera vez en Elias 2-27 en 2016. Los granos de polvo más grandes se encuentran a lo largo de los brazos espirales, mientras que los granos de polvo más pequeños se distribuyen por todo el disco protoplanetario. También se detectaron entradas asimétricas de gas durante el estudio, lo que indica que todavía puede haber material cayendo en el disco. Los científicos creen que Elias 2-27 puede eventualmente evolucionar hacia un sistema planetario, con inestabilidades gravitacionales que provocan la formación de planetas gigantes. Debido a que este proceso tarda millones de años en ocurrir, los científicos solo pueden observar las etapas iniciales. Crédito:B. Saxton NRAO / AUI / NSF
"Descubrimos en 2016 que el disco Elias 2-27 tenía una estructura diferente a otros sistemas ya estudiados, algo que antes no se había observado en un disco protoplanetario:dos brazos espirales a gran escala. Las inestabilidades gravitacionales eran una gran posibilidad, pero el origen de estas estructuras seguía siendo un misterio y necesitábamos más observaciones, "dijo Laura Pérez, Profesor asistente de la Universidad de Chile e investigador principal del estudio de 2016. Junto a colaboradores, propuso observaciones adicionales en múltiples bandas de ALMA que fueron analizadas con Paneque-Carreño como parte de su M.Sc. tesis en la Universidad de Chile.
Además de confirmar las inestabilidades gravitacionales, los científicos encontraron perturbaciones —o perturbaciones— en el sistema estelar por encima y más allá de las expectativas teóricas. "Es posible que todavía haya material nuevo de la nube molecular circundante cayendo sobre el disco, lo que hace que todo sea más caótico, "dijo Paneque-Carreño, agregando que este caos ha contribuido a fenómenos interesantes que nunca antes se habían observado, y para el que los científicos no tienen una explicación clara. "El sistema estelar Elias 2-27 es altamente asimétrico en la estructura de gas. Esto fue completamente inesperado, y es la primera vez que observamos tal asimetría vertical en un disco protoplanetario ".
Cassandra Hall, Profesor asistente de astrofísica computacional en la Universidad de Georgia, y coautor de la investigación, agregó que la confirmación tanto de la asimetría vertical como de las perturbaciones de velocidad, las primeras perturbaciones a gran escala vinculadas a la estructura espiral en un disco protoplanetario, podrían tener implicaciones significativas para la teoría de la formación de planetas. "Esto podría ser una 'pistola humeante' de inestabilidad gravitacional, lo que puede acelerar algunas de las primeras etapas de la formación de planetas. Predijimos esta firma por primera vez en 2020, y desde el punto de vista de la astrofísica computacional, es emocionante tener razón ".
Paneque-Carreño agregó que si bien la nueva investigación ha confirmado algunas teorías, también ha planteado nuevas preguntas. "Si bien ahora se puede confirmar que las inestabilidades gravitacionales explican las estructuras espirales en el continuo de polvo que rodea a la estrella, también hay una brecha interior, o falta material en el disco, para lo cual no tenemos una explicación clara ".
Una de las barreras para comprender la formación de planetas fue la falta de medición directa de la masa de los discos de formación de planetas. un problema abordado en la nueva investigación. La alta sensibilidad de ALMA Band 6, emparejado con las bandas 3 y 7, permitió al equipo estudiar más de cerca los procesos dinámicos, densidad, e incluso la masa del disco. "Las mediciones anteriores de la masa del disco protoplanetario eran indirectas y se basaban solo en polvo o isotopólogos raros. Con este nuevo estudio, ahora somos sensibles a toda la masa del disco, "dijo Benedetta Veronesi, estudiante de posgrado en la Universidad de Milán e investigadora postdoctoral en la École normale supérieure de Lyon, y el autor principal del segundo artículo. "Este hallazgo sienta las bases para el desarrollo de un método para medir la masa del disco que nos permitirá derribar una de las barreras más grandes y apremiantes en el campo de la formación de planetas. Conocer la cantidad de masa presente en los discos de formación de planetas permite nosotros para determinar la cantidad de material disponible para la formación de sistemas planetarios, y comprender mejor el proceso mediante el cual se forman ".
Aunque el equipo ha respondido una serie de preguntas clave sobre el papel de la inestabilidad gravitacional y la masa del disco en la formación de planetas, el trabajo aún no está hecho. "Estudiar cómo se forman los planetas es difícil porque se necesitan millones de años para formar planetas. Esta es una escala de tiempo muy corta para las estrellas, que viven miles de millones de años, pero un proceso muy largo para nosotros, ", dijo Paneque-Carreño." Lo que podemos hacer es observar estrellas jóvenes, con discos de gas y polvo a su alrededor, y tratar de explicar por qué estos discos de material tienen el aspecto que tienen. Es como mirar la escena de un crimen y tratar de adivinar qué sucedió. Nuestro análisis de observación, junto con un análisis en profundidad futuro de Elias 2-27, nos permitirá caracterizar exactamente cómo actúan las inestabilidades gravitacionales en los discos de formación de planetas. y obtener más información sobre cómo se forman los planetas ".
