Los planetas se forman en discos de polvo y gas llamados discos protoplanetarios que giran alrededor de una protoestrella central durante su ensamblaje final. Aunque se han fotografiado varias docenas de estos discos, hasta ahora sólo se han captado dos planetas en pleno proceso de formación. Ahora, los astrónomos están apuntando los poderosos instrumentos a bordo del Telescopio Espacial James Webb a los discos protoplanetarios para tratar de encontrar pistas tempranas sobre las formas en que se forman los planetas y cómo estos planetas influyen en su disco natal.
Un trío de estudios dirigidos por la Universidad de Michigan, la Universidad de Arizona y la Universidad de Victoria combinaron las imágenes de JWST con observaciones previas realizadas por el Telescopio Espacial Hubble y el Atacama Large Millimeter Array, o ALMA, en Chile. Basándose en las observaciones auxiliares, el equipo utilizó JWST para observar los discos protoplanetarios HL Tau, SAO 206462 y MWC 758 con la esperanza de detectar planetas que pudieran estar formándose.
En los artículos, publicados en The Astronomical Journal , los investigadores reconstruyeron interacciones nunca antes vistas entre el disco de formación de planetas y la envoltura de gas y polvo que rodea a las estrellas jóvenes en el centro de los discos protoplanetarios.
El estudio de la UM, dirigido por el astrónomo de la UM Gabriele Cugno, apuntó el JWST a un disco que rodea una protoestrella llamada SAO 206462. Allí, los investigadores encontraron potencialmente un candidato a planeta en el acto de formarse en un disco protoplanetario, pero no era el planeta que buscaban. esperaba encontrar.
"Varias simulaciones sugieren que el planeta debería estar dentro del disco, ser masivo, grande, caliente y brillante. Pero no lo encontramos. Esto significa que o el planeta es mucho más frío de lo que pensamos, o puede estar oscurecido por algunas material que nos impide verlo", dijo Cugno, también coautor de los tres artículos. "Lo que hemos encontrado es un candidato a planeta diferente, pero no podemos decir con 100% de certeza si es un planeta o una estrella o galaxia tenue de fondo que contamina nuestra imagen. Las observaciones futuras nos ayudarán a comprender exactamente lo que estamos mirando". P>
Los astrónomos han observado el disco en el pasado, en particular con el Telescopio Espacial Hubble, el Telescopio Subaru, el Very Large Telescope y ALMA. Estas observaciones muestran un disco compuesto por dos fuertes espirales, que probablemente son lanzadas por un planeta en formación. El planeta que el equipo de la UM esperaba encontrar es un tipo llamado gigante gaseoso, planetas compuestos principalmente de hidrógeno y helio, similar a Júpiter en nuestro propio sistema solar.
"El problema es que lo que estamos tratando de detectar es cientos de miles, si no millones de veces, más débil que la estrella", dijo Cugno. "Eso es como intentar detectar una pequeña bombilla junto a un faro."
Para observar más de cerca el disco, el equipo utilizó un instrumento en JWST llamado NIRCam. NIRCam detecta luz infrarroja y los astrónomos utilizaron el instrumento empleando una técnica llamada imagen diferencial angular. Esta técnica se puede utilizar para detectar tanto la radiación térmica del planeta, como ha hecho el equipo para detectar el planeta candidato, como líneas de emisión específicas asociadas con el material que cae sobre el planeta y golpea su superficie a gran velocidad.
"Cuando el material cae sobre el planeta, choca contra la superficie y emite una línea de emisión en longitudes de onda específicas", dijo Cugno. "Utilizamos un conjunto de filtros de banda estrecha para intentar detectar esta acumulación. Esto se ha hecho antes desde el suelo en longitudes de onda ópticas, pero esta es la primera vez que se hace en infrarrojo con JWST".
Imágenes de la 'materia prima' de los planetas
El artículo de la Universidad de Victoria, dirigido por el estudiante de astronomía Camryn Mullin, describe imágenes del disco que rodea a la joven estrella HL Tau.
"HL Tau es el sistema más joven de nuestro estudio y todavía está rodeado por una densa afluencia de polvo y gas que cae sobre el disco", dijo Mullin, coautor de los tres estudios. "Nos sorprendió el nivel de detalle con el que pudimos ver este material circundante con JWST, pero desafortunadamente oscurece cualquier señal de planetas potenciales. "
El disco de HL Tau es conocido por tener varios anillos y espacios a escala del sistema solar que podrían albergar planetas.
"Si bien hay un montón de pruebas de la formación de planetas en curso, HL Tau es demasiado joven y tiene demasiado polvo intermedio para ver los planetas directamente", dijo Jarron Leisenring, investigador principal de la campaña de observación en busca de planetas en formación y astrónomo de la Universidad. del Observatorio Steward de Arizona. "Ya hemos comenzado a observar otros sistemas jóvenes con planetas conocidos para ayudarnos a formar una imagen más completa".
Sin embargo, para sorpresa del equipo, JWST reveló detalles inesperados de una característica diferente:la envoltura protoestelar, que es esencialmente un denso flujo de polvo y gas que rodea a la joven estrella que apenas está comenzando a fusionarse, según Leisenring. Bajo la influencia de la gravedad, el material del medio interestelar cae hacia el interior de la estrella y el disco, donde sirve como materia prima para los planetas y sus precursores.
El estudio de la UArizona, dirigido por Kevin Wagner, miembro del Hubble/Sagan de la NASA en el Observatorio Steward de la UArizona, examinó el disco protoplanetario de MWC 758. Al igual que SAO 206462, observaciones anteriores realizadas por el equipo dirigido por la UArizona revelaron que se estaban formando brazos espirales en el disco, insinuando en un planeta masivo que orbita alrededor de su estrella anfitriona.
Si bien no se detectaron nuevos planetas en el disco durante las observaciones más recientes, la sensibilidad es innovadora, dicen los investigadores, ya que les permite imponer las restricciones más estrictas hasta el momento a los planetas sospechosos. Por un lado, los resultados descartan la existencia de planetas adicionales en las regiones exteriores del MWC 758, lo que es consistente con un solo planeta gigante impulsando los brazos espirales.
"La falta de planetas detectados en los tres sistemas nos dice que los planetas que causan las brechas y los brazos espirales están demasiado cerca de sus estrellas anfitrionas o son demasiado débiles para ser vistos con JWST", dijo Wagner, coautor de los tres estudios. . "Si esto último es cierto, nos dice que tienen una masa relativamente baja, una temperatura baja, están envueltos en polvo o alguna combinación de las tres, como probablemente sea el caso en MWC 758".
Captar planetas en el momento de su formación es importante porque los astrónomos pueden obtener información no sólo sobre el proceso de formación, sino también sobre cómo se distribuyen los elementos químicos en un sistema planetario.
"Sólo alrededor del 15 por ciento de las estrellas como el Sol tienen planetas como Júpiter. Es realmente importante entender cómo se forman y evolucionan, y refinar nuestras teorías", dijo Michael Meyer, astrónomo de la UM y coautor de los tres estudios. "Algunos astrónomos creen que estos planetas gigantes gaseosos regulan el suministro de agua a los planetas rocosos que se forman en las partes internas de los discos."
Saber cómo estos discos son formados por gigantes gaseosos ayudará a los astrónomos a comprender en última instancia las propiedades y la evolución de los discos protoplanetarios que luego darán origen a planetas rocosos similares a la Tierra, afirmó Meyer.
"Básicamente, en cada disco que hemos observado con suficiente resolución y sensibilidad, hemos visto grandes estructuras como huecos, anillos y, en el caso de SAO 206462, espirales", dijo Cugno. "La mayoría, si no todas, de estas estructuras pueden explicarse mediante la formación de planetas que interactúan con el material del disco, pero existen otras explicaciones que no implican la presencia de planetas gigantes.
"Si finalmente logramos ver estos planetas, podremos conectar algunas de las estructuras con compañeros en formación y relacionar los procesos de formación con las propiedades de otros sistemas en etapas mucho más tardías. Finalmente podremos conectar los puntos y comprender cómo evolucionan los planetas y los sistemas planetarios a medida que avanzan. un todo."
Más información: Kevin Wagner et al, Imágenes JWST/NIRCam de objetos estelares jóvenes. I. Restricciones de los planetas exteriores al disco espiral alrededor de MWC 758, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad11d5
Gabriele Cugno et al, Imágenes JWST/NIRCam de objetos estelares jóvenes. II. Profundas limitaciones en los planetas gigantes y un planeta candidato fuera del disco espiral alrededor de SAO 206462, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad1ffc
Camryn Mullin et al, JWST/NIRCam Imágenes de objetos estelares jóvenes. III. Imágenes detalladas del entorno nebular alrededor del disco HL Tau, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad2de9
Información de la revista: Revista Astronómica
Proporcionado por la Universidad de Michigan
