Un nuevo modelo que da lugar a sistemas planetarios jóvenes ofrece una nueva solución a un rompecabezas que ha molestado a los astrónomos desde que nuevas tecnologías de detección y misiones de búsqueda de planetas como el telescopio espacial Kepler de la NASA han revelado miles de planetas orbitando otras estrellas:mientras que la mayoría de estos Los exoplanetas caen en una categoría llamada súper-Tierras, cuerpos con una masa en algún lugar entre la Tierra y Neptuno, se pensaba que la mayoría de las características observadas en los sistemas planetarios nacientes requerían planetas mucho más masivos. rivalizando o empequeñeciendo a Júpiter, el gigante gaseoso de nuestro sistema solar.

En otras palabras, las características observadas de muchos sistemas planetarios en sus primeras etapas de formación no parecían coincidir con el tipo de exoplanetas que constituyen la mayor parte de la población planetaria de nuestra galaxia.

"Proponemos un escenario que antes se consideraba imposible:cómo una super-Tierra puede crear múltiples huecos en los discos, "dice Ruobing Dong, el becario postdoctoral Bart J. Bok en el Steward Observatory de la Universidad de Arizona y autor principal del estudio, pronto se publicará en el Diario astrofísico . "Por primera vez, podemos reconciliar las misteriosas características del disco que observamos y la población de planetas que se encuentran más comúnmente en nuestra galaxia ".

Cómo se forman exactamente los planetas sigue siendo una cuestión abierta con una serie de problemas pendientes, según Dong.

"Kepler ha encontrado miles de planetas, pero esos son todos muy viejos, orbitando alrededor de estrellas de unos pocos miles de millones de años, como nuestro sol, ", explica." Se podría decir que estamos mirando a los ciudadanos mayores de nuestra galaxia, pero no sabemos cómo nacieron ".

Para encontrar respuestas Los astrónomos recurren a los lugares donde se están formando nuevos planetas:discos protoplanetarios; en cierto sentido, hermanas pequeñas de nuestro sistema solar.

Estos discos se forman cuando una gran nube de gas y polvo interestelar se condensa bajo el efecto de la gravedad antes de colapsar en un disco giratorio. En el centro del disco protoplanetario brilla una estrella joven, sólo unos pocos millones de años. A medida que las partículas microscópicas de polvo se fusionan en granos de arena, y los granos de arena se pegan para formar guijarros, y los guijarros se amontonan para convertirse en asteroides y, en última instancia, en planetas, nace un sistema planetario muy parecido a nuestro sistema solar.

"Estos discos duran muy poco, "Dong explica." Con el tiempo, el material se disipa, pero no sabemos exactamente cómo sucede eso. Lo que sí sabemos es que vemos discos alrededor de estrellas que tienen 1 millón de años, pero no los vemos alrededor de estrellas que tienen 10 millones de años ".

En el escenario más probable, gran parte del material del disco se acumula en la estrella, algunos son arrastrados por la radiación estelar y el resto va a formar planetas.

Aunque se han observado discos protoplanetarios en relativa proximidad a la Tierra, Todavía es extremadamente difícil distinguir los planetas que puedan estar formándose en su interior. Bastante, los investigadores se han basado en características como huecos y anillos para inferir la presencia de planetas.

"Entre las explicaciones de estos anillos y espacios, los que involucran planetas son ciertamente los más emocionantes y atraen la mayor atención, "dice el coautor Shengtai Li, un científico investigador del Laboratorio Nacional de Los Alamos en Los Alamos, Nuevo Mexico. "A medida que el planeta orbita alrededor de la estrella, el argumento va, puede abrir un camino a lo largo de su órbita, resultando en la brecha que vemos ".

Excepto que la realidad es un poco más complicada, como lo demuestran dos de las observaciones más destacadas de discos protoplanetarios, que fueron hechos con ALMA, Atacama Large Millimeter / submillimeter Array en Chile. ALMA es un conjunto de antenas de radio de entre 7 y 12 metros de diámetro y 66 de ellas una vez terminadas. Las imágenes de HL Tau y TW Hydra, obtenido en 2014 y 2016, respectivamente, han revelado los detalles más finos hasta ahora en cualquier disco protoplanetario, y muestran algunas características que son difíciles, si no imposible, para explicar con los modelos actuales de formación planetaria, Dong dice.

"Entre las brechas en HL Tau y TW Hya reveladas por ALMA, dos pares de ellos son extremadamente estrechos y muy cercanos entre sí, ", explica." En la teoría convencional, es difícil para un planeta abrir tales espacios en un disco. Nunca pueden ser tan estrechos y tan cercanos entre sí por razones de la física involucrada ".

En el caso de HL Tau y TW Hya, habría que invocar dos planetas cuyas órbitas se abrazan muy de cerca, un escenario que no sería estable en el tiempo y, por lo tanto, es poco probable.

Si bien los modelos anteriores podrían explicar grandes, los espacios únicos que se cree que son indicativos de planetas que limpian escombros y polvo en su camino, no tuvieron en cuenta las características más complejas reveladas por las observaciones de ALMA.

El modelo creado por Dong y sus coautores da como resultado lo que el equipo llama observaciones sintéticas:simulaciones que se ven exactamente como lo que vería ALMA en el cielo. El equipo de Dong logró esto ajustando los parámetros que entran en la simulación del disco protoplanetario en evolución, como asumir una viscosidad baja y agregar el polvo a la mezcla. La mayoría de las simulaciones anteriores se basaron en una mayor viscosidad del disco y solo tuvieron en cuenta el componente gaseoso del disco.

"La viscosidad en los discos protoplanetarios puede ser impulsada por turbulencias y otros efectos físicos, ", Dice Li." Es una cantidad algo misteriosa, sabemos que está ahí, pero no sabemos su origen ni qué tan grande es su valor, por lo que creemos que nuestras suposiciones son razonables, considerando que dan como resultado el patrón que realmente se ha observado en el cielo ".

Incluso mas importante, las observaciones sintéticas surgieron de las simulaciones sin la necesidad de invocar gigantes gaseosos del tamaño de Júpiter o más grandes.

"Una super-Tierra resultó ser suficiente para crear los múltiples anillos y múltiples, estrechas lagunas que vemos en las observaciones reales, "Dice Dong.

A medida que la investigación futura descubra más sobre el funcionamiento interno de los discos protoplanetarios, Dong y su equipo perfeccionarán sus simulaciones con nuevos datos. Por ahora, sus observaciones sintéticas ofrecen un escenario intrigante que proporciona un eslabón perdido entre las características observadas en muchos bebés planetarios y sus contrapartes mayores.

El estudio, "Múltiples espacios de disco y anillos generados por una única Supertierra, "por Ruobing Dong, Shentai Li, Eugene Chiang y Hui Li, se publicará el 13 de julio en el Diario astrofísico .