Una colaboración internacional de científicos que utilizan el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) ha completado el mapeo de composición química más extenso de los discos protoplanetarios alrededor de cinco estrellas jóvenes cercanas a alta resolución. producir imágenes que capturan la composición molecular asociada con los nacimientos planetarios, y una hoja de ruta para futuros estudios sobre la composición de las regiones de formación de planetas y cometas. El nuevo estudio revela pistas sobre el papel de las moléculas en la formación del sistema planetario, y si estos jóvenes sistemas planetarios en formación tienen lo necesario para albergar vida. Los resultados del programa, apropiadamente llamado MAPS, o moléculas con ALMA a escalas de formación de planetas, aparecerá en una próxima edición especial de 20 artículos del Suplemento de revista astrofísica serie.

Los planetas se forman en los discos de polvo y gas llamados discos protoplanetarios que rodean a las estrellas jóvenes. La composición química de estos discos puede tener un impacto en los planetas mismos, incluyendo cómo y dónde ocurre la formación planetaria, la composición química de los planetas, y si esos planetas tienen la composición orgánica necesaria para sustentar la vida. MAPS observó específicamente los discos protoplanetarios que rodean a las estrellas jóvenes IM Lup, GM Aur, COMO 209, HD 163296, y MWC 480, donde ya se ha detectado evidencia de formación planetaria en curso. El proyecto condujo a múltiples descubrimientos emocionantes, incluyendo un vínculo entre el polvo y las subestructuras químicas y la presencia de grandes depósitos de moléculas orgánicas en las regiones del disco interno de las estrellas.

"Con ALMA pudimos ver cómo se distribuyen las moléculas donde los exoplanetas se están ensamblando actualmente, "dijo Karin Öberg, astrónomo del Centro de Astrofísica | Harvard &Smithsonian (CfA) y el investigador principal de MAPS. "Una de las cosas realmente emocionantes que vimos es que los discos de formación de planetas alrededor de estas cinco estrellas jóvenes son fábricas de una clase especial de moléculas orgánicas, los llamados nitrilos, que están implicados en los orígenes de la vida aquí en la Tierra ".

Moléculas orgánicas simples como HCN, C2H, y H2CO se observaron a lo largo del proyecto con un detalle sin precedentes, gracias a la sensibilidad y poder de resolución de los receptores Band 3 y Band 6 de ALMA. "En particular, pudimos observar la cantidad de pequeñas moléculas orgánicas en las regiones internas de los discos, donde es probable que se estén reuniendo planetas rocosos, "dijo Viviana V. Guzmán, astrónomo del Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile, autor principal de MAPS VI y co-investigador principal de MAPS. "Estamos descubriendo que nuestro propio sistema solar no es particularmente único, y que otros sistemas planetarios alrededor de otras estrellas tienen suficientes ingredientes básicos para formar los componentes básicos de la vida ".

Los científicos también observaron moléculas orgánicas más complejas como HC3N, CH3CN, y c-C3H2, especialmente los que contienen carbono, y, por lo tanto, es más probable que actúe como materia prima de moléculas prebióticas. Aunque estas moléculas se han detectado antes en discos protoplanetarios, MAPS es el primer estudio sistemático en varios discos con una resolución espacial y una sensibilidad muy altas, y el primer estudio para encontrar las moléculas a pequeña escala y en cantidades tan significativas. "Encontramos más moléculas orgánicas grandes de lo esperado, un factor de 10 a 100 más, ubicado en los discos internos en escalas del sistema solar, y su química parece similar a la de los cometas del sistema solar, "dijo John Ilee, astrónomo de la Universidad de Leeds y autor principal de MAPS IX. "La presencia de estas grandes moléculas orgánicas es significativa porque son los trampolines entre moléculas más simples basadas en carbono, como el monóxido de carbono, que se encuentra en abundancia en el espacio, y las moléculas más complejas que se requieren para crear y mantener la vida ".

Las moléculas no se distribuyen uniformemente a través de los discos formadores de planetas, sin embargo, como se evidencia en MAPS III y IV, que reveló que si bien las composiciones generales del disco parecen ser similares a las del sistema solar, Acercar a alta resolución revela cierta diversidad en la composición que podría resultar en diferencias de planeta a planeta. "El gas molecular en los discos protoplanetarios se encuentra a menudo en conjuntos de anillos y espacios distintos, "dijo Charles Law, Astrónomo de CfA y autor principal de MAPS III y IV. "Pero el mismo disco observado en diferentes líneas de emisión molecular a menudo se ve completamente diferente, teniendo cada disco múltiples caras moleculares. Esto también significa que los planetas en diferentes discos o incluso en el mismo disco en diferentes ubicaciones pueden formarse en entornos químicos radicalmente diferentes ". Esto significa que algunos planetas se forman con las herramientas necesarias para construir y mantener la vida, mientras que otros planetas cercanos pueden no.

Uno de esos entornos radicalmente diferentes ocurre en el espacio que rodea a los planetas similares a Júpiter, donde los científicos encontraron que el gas era pobre en carbono, oxígeno, y elementos más pesados, aunque rico en hidrocarburos, como el metano. "La química que se ve en los discos protoplanetarios debería heredarse mediante la formación de planetas, "dijo Arthur Bosman, astrónomo de la Universidad de Michigan y autor principal de MAPS VII. "Nuestros hallazgos sugieren que muchos gigantes gaseosos pueden formarse con atmósferas extremadamente pobres en oxígeno (ricas en carbono), desafiando las expectativas actuales de las composiciones de los planetas ".

Tomados todos juntos MAPS proporciona exactamente eso:un mapa para que lo sigan los científicos, conectando los puntos entre el gas y el polvo en un disco protoplanetario y los planetas que eventualmente se forman a partir de ellos para crear un sistema planetario. "La composición de un planeta es un registro de la ubicación en el disco en el que se formó, ", dijo Bosman." Conectar la composición del planeta y el disco nos permite mirar la historia de un planeta y nos ayuda a comprender las fuerzas que lo formaron ".

Joe Pesce, astrónomo y oficial del programa ALMA en la National Science Foundation (NSF) dice:"Si existe vida más allá de la Tierra es una de las preguntas fundamentales de la humanidad. Ahora sabemos que los planetas se encuentran en todas partes, y el siguiente paso es determinar si tienen las condiciones necesarias para la vida tal como la conocemos (y qué tan común podría ser esa situación). El programa MAPS nos ayudará a responder mejor a estas preguntas. La búsqueda de ALMA de precursores de vida lejos de la Tierra complementa los estudios realizados en laboratorios, y en lugares como los respiraderos hidrotermales de la Tierra ".

Öberg dice:"MAPS es la culminación de décadas de trabajo sobre la química de los discos que forman planetas por parte de científicos que utilizan ALMA y sus precursores. Aunque MAPS solo ha examinado cinco discos en este momento, No teníamos ni idea de cuán químicamente complejos y visualmente asombrosos eran estos discos hasta ahora. MAPS ha respondido por primera vez a preguntas que no podríamos haber imaginado hacer hace décadas, y también nos presentó muchas más preguntas para responder ".