Los sistemas planetarios tardan millones de años en formarse, lo que presenta un gran desafío para los astrónomos. ¿Cómo identificas en qué etapa se encuentran? o categorizarlos? El mejor enfoque es mirar muchos ejemplos y seguir agregando a los datos que tenemos, y el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA podrá proporcionar un inventario de infrarrojos. Los investigadores que utilizan Webb observarán 17 sistemas planetarios en formación activa. Estos sistemas en particular fueron evaluados previamente por Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), el radiotelescopio más grande del mundo, para el proyecto de subestructuras de disco en alta resolución angular (DSHARP).

Webb medirá los espectros que pueden revelar moléculas en las regiones internas de estos discos protoplanetarios, complementando los detalles que ALMA ha proporcionado sobre las regiones exteriores de los discos. Estas regiones interiores son donde rocosas, Los planetas similares a la Tierra pueden comenzar a formarse, que es una de las razones por las que queremos saber más sobre qué moléculas existen allí.

Un equipo de investigación dirigido por Colette Salyk de Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York, y Klaus Pontoppidan del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland, Busque los detalles que se encuentran en la luz infrarroja. "Una vez que cambie a la luz infrarroja, específicamente al rango de Webb en luz infrarroja media, seremos sensibles a las moléculas más abundantes que portan elementos comunes, "explicó Pontoppidan.

Los investigadores podrán evaluar las cantidades de agua, monóxido de carbono, dióxido de carbono, metano, y amoníaco, entre muchas otras moléculas, en cada disco. Críticamente, podrán contar las moléculas que contienen elementos esenciales para la vida tal como la conocemos, incluyendo oxígeno, carbón, y nitrógeno. ¿Cómo? Con espectroscopia:Webb capturará toda la luz emitida en el centro de cada disco protoplanetario como un espectro, que produce un patrón detallado de colores basado en las longitudes de onda de la luz emitida. Dado que cada molécula imprime un patrón único en el espectro, los investigadores pueden identificar qué moléculas hay y construir inventarios del contenido dentro de cada disco protoplanetario. La fuerza de estos patrones también lleva información sobre la temperatura y la cantidad de cada molécula.

"Los datos de Webb también nos ayudarán a identificar dónde están las moléculas dentro del sistema general, "Dijo Salyk." Si están calientes, eso implica que están más cerca de la estrella. Si son más fríos pueden estar más lejos ". Esta información espacial ayudará a informar a los modelos que los científicos construyen a medida que continúan examinando los datos de este programa.

Saber qué hay en las regiones internas de los discos también tiene otros beneficios. Tiene agua por ejemplo, llegó a esta área, ¿Dónde se pueden estar formando los planetas habitables? "Una de las cosas realmente asombrosas de los planetas:cambiar la química solo un poco y puedes obtener estos mundos dramáticamente diferentes, "Continuó Salyk." Por eso estamos interesados ​​en la química. Estamos tratando de averiguar cómo los materiales que se encuentran inicialmente en un sistema pueden terminar como diferentes tipos de planetas ".

Si esto suena como una empresa importante, no se preocupe, será un esfuerzo comunitario. Este es un programa de tesorería de Webb, lo que significa que los datos se publican tan pronto como se entregan a todos los astrónomos, permitiendo que todos obtengan los datos de inmediato, comenzar a evaluar qué hay en cada disco, y comparta sus hallazgos.

"Los datos infrarrojos de Webb se estudiarán intensamente, ", agregó el co-investigador Ke Zhang de la Universidad de Wisconsin-Madison." Queremos que toda la comunidad de investigación sea capaz de abordar los datos desde diferentes ángulos ".

¿Por qué el examen de cerca?

Retrocedamos ver el bosque por los árboles. Imagina que estás en un barco de investigación frente a la costa de un terreno distante. Ésta es la visión más amplia. Si tuvieras que aterrizar y desembarcar, podría comenzar a contar cuántos árboles hay y cuántos de cada especie de árbol. Puede comenzar a identificar insectos y aves específicos y hacer coincidir los sonidos que escuchó en alta mar con las llamadas que escucha debajo de las copas de los árboles. Esta catalogación detallada es muy similar a lo que Webb permitirá a los investigadores hacer, pero intercambiar árboles y animales por elementos químicos.

Los discos protoplanetarios de este programa son muy brillantes y relativamente cercanos a la Tierra. haciéndolos excelentes objetivos para estudiar. Es por eso que fueron encuestados por ALMA. También es la razón por la que los investigadores los estudiaron con el telescopio espacial Spitzer de la NASA. Estos objetos solo se han estudiado en profundidad desde 2003, haciendo de este un campo de investigación relativamente más nuevo. Webb puede agregar mucho a lo que sabemos.

El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del telescopio ofrece muchas ventajas. La ubicación de Webb en el espacio significa que puede capturar todo el rango de luz infrarroja media (la atmósfera de la Tierra la filtra). Más, sus datos tendrán alta resolución, lo que revelará muchas más líneas y ondulaciones en los espectros que los investigadores pueden usar para desentrañar moléculas específicas.

Los investigadores también fueron selectivos sobre los tipos de estrellas elegidos para estas observaciones. Esta muestra incluye estrellas que tienen aproximadamente la mitad de la masa del Sol hasta aproximadamente el doble de la masa del Sol. ¿Por qué? El objetivo es ayudar a los investigadores a aprender más sobre sistemas que pueden ser como el nuestro cuando se formaron. "Con esta muestra, podemos comenzar a determinar si hay características comunes entre las propiedades de los discos y su química interna, "Zhang continuó." Con el tiempo, queremos poder predecir qué tipos de sistemas tienen más probabilidades de generar planetas habitables ".

Empezando a responder grandes preguntas

Este programa también puede ayudar a los investigadores a comenzar a responder algunas preguntas clásicas:¿Son las formas que adoptan algunos de los elementos más abundantes que se encuentran en los discos protoplanetarios? como el carbono, nitrógeno, y oxigeno, "heredado" de las nubes interestelares que las formaron? ¿O la mezcla precisa de sustancias químicas cambia con el tiempo? "Creemos que podemos llegar a algunas de esas respuestas haciendo inventarios con Webb, ", Explicó Pontoppidan." Obviamente, es una enorme cantidad de trabajo por hacer, y no se puede hacer solo con estos datos, pero creo que vamos a lograr un gran progreso ".

Pensando aún más ampliamente en los espectros increíblemente ricos que proporcionará Webb, Salyk agregado, "Espero que veamos cosas que nos sorprendan y luego comencemos a estudiar esos descubrimientos fortuitos".

Esta investigación se llevará a cabo como parte de los programas Webb General Observer (GO), que se seleccionan de forma competitiva mediante un sistema de revisión doble anónimo, el mismo sistema que se utiliza para asignar tiempo en el telescopio espacial Hubble.