Los planetas gigantes que se desarrollaron temprano en la vida de un sistema estelar podrían resolver el misterio de por qué las estructuras espirales no se observan en los discos protoplanetarios jóvenes. según un nuevo estudio realizado por astrónomos de la Universidad de Warwick.

La investigación, publicado hoy en el Cartas de revistas astrofísicas y en parte apoyado por la Royal Society, proporciona una explicación de la falta de estructura en espiral que los astrónomos esperan ver en los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas jóvenes, lo que también sugiere que los científicos pueden tener que reevaluar la rapidez con la que se forman los planetas en el ciclo de vida de un disco.

Los discos protoplanetarios son el lugar de nacimiento de los planetas, albergando el material que eventualmente se fusionará en la matriz de planetas que vemos en el Universo. Cuando estos discos son jóvenes forman estructuras espirales, con todo su polvo y material arrastrado a densos brazos por el efecto gravitacional masivo del disco girando. Un efecto similar ocurre a nivel galáctico, de ahí por qué vemos galaxias espirales como la nuestra, la vía Láctea.

En el transcurso de tres a diez millones de años, el material del disco se une para formar planetas, cae sobre la estrella que está orbitando o simplemente se dispersa en el espacio a través de los vientos que salen del disco. Cuando un disco es joven, es autogravitante, y el material que contiene forma una estructura en espiral que pierde cuando se vuelve gravitacionalmente estable. Los planetas jóvenes que se desarrollan luego abren huecos en el disco a medida que consumen y dispersan material en su camino, resultando en las características de 'anillo y brecha' que los astrónomos ven con mayor frecuencia en los discos protoplanetarios.

Pero los astrónomos han luchado para dar cuenta de las observaciones de discos protoplanetarios jóvenes que no muestran signos de espirales. pero en cambio parece un disco mucho más antiguo con una estructura de anillo y espacio. Para dar una explicación, Sahl Rowther y el Dr. Farzana Meru del Departamento de Física de la Universidad de Warwick realizaron simulaciones por computadora de planetas masivos en discos jóvenes para determinar qué sucedería cuando interactuaran.

Descubrieron que un planeta gigante, alrededor de tres veces la masa de Júpiter, migrar desde las regiones externas del disco hacia su estrella causaría suficiente interrupción como para borrar la estructura en espiral del disco con resultados muy parecidos a los discos observados por los astrónomos. Sin embargo, para estar presentes en la etapa espiral del disco, esos planetas tendrían que formarse rápidamente y al principio del ciclo de vida del disco.

Autor principal Sahl Rowther, Doctor. estudiante del Departamento de Física, dijo:"Cuando los discos son jóvenes, esperamos que sean masivos con estructuras espirales. Pero no vemos eso en las observaciones.

“Nuestras simulaciones sugieren que un planeta masivo en uno de estos discos jóvenes en realidad puede acortar el tiempo que pasa en la fase espiral autogravitante a una que se parezca más a algunas de las observaciones que están viendo los astrónomos.

La coautora, la Dra. Farzana Meru, del Departamento de Física, añade:"Si algunos de estos discos que los astrónomos están observando fueron recientemente autogravitantes, eso sugiere que formaron un planeta cuando el disco aún era joven. La fase autogravitante para un disco protoplanetario es mucho menos de aproximadamente medio millón de años, lo que significa que el planeta debería haberse formado increíblemente rápido.

"Independientemente del mecanismo que explique cómo se forman estos planetas, esto probablemente significa que tenemos que considerar que los planetas se forman mucho más rápido de lo que se pensaba originalmente ".

Sus simulaciones modelaron un planeta gigante en las regiones externas de un disco protoplanetario mientras migra hacia adentro, un proceso que los astrónomos esperan ver cuando el torque empuja al planeta hacia adentro mientras intercambia momento angular con el gas en el disco. Esto también significa que el planeta interactuaría e interrumpiría una gran proporción del disco y sería lo suficientemente masivo como para abrir una brecha en el gas. resultando en la estructura de anillo y hueco.

Sahl Rowther agrega:"Esto es emocionante dadas las incógnitas asociadas con las masas de los discos observados. Si los discos masivos con estructuras de anillos y espacios son comunes, podría proporcionar más vías para explicar las arquitecturas de disco.

"Nuestros resultados sugieren que incluso es posible ver signos de estos planetas gigantes, dadas las condiciones y la tecnología adecuadas. La siguiente etapa de nuestra investigación será determinar cuáles son esas condiciones, para ayudar a los astrónomos a tratar de determinar la presencia de estos planetas ".

El Dr. Meru agrega:"Es muy posible que esa estructura en espiral desaparezca, no se deje engañar cuando mire un disco. Todavía podría ser razonablemente masivo, es solo que un planeta gigante ha hecho que pierda sus espirales.

"Tenemos estas imágenes asombrosas de discos protoplanetarios y lo realmente emocionante de ellos es su estructura. En los últimos años, los telescopios se han vuelto muy poderosos y podemos ver características como huecos y anillos. Con simulaciones por computadora como la nuestra, ahora podemos intentar comprender si algunos de los procesos que esperamos que sucedan, como planetas migrando en discos jóvenes, puede conducir al tipo de imágenes que ven los observadores. Esto es posible con la combinación de potentes telescopios y supercomputadoras ".