El Telescopio Espacial James Webb (JWST) está ayudando a los científicos a descubrir cómo se forman los planetas al mejorar la comprensión de sus lugares de nacimiento y los discos circunestelares que rodean a las estrellas jóvenes.

En un artículo publicado en The Astronomical Journal , un equipo de científicos, dirigido por Naman Bajaj de la Universidad de Arizona y entre ellos la Dra. Uma Gorti del Instituto SETI, captura imágenes por primera vez de los vientos de un antiguo disco de formación de planetas (todavía muy joven en relación con el Sol) que está dispersando activamente su contenido de gas. Se han fotografiado el disco antes, pero los vientos de discos viejos no. Saber cuándo se dispersa el gas es importante, ya que limita el tiempo que les queda a los planetas nacientes para consumir el gas de su entorno.

En el centro de este descubrimiento se encuentra la observación de TCha, una estrella joven (relativa al Sol) envuelta por un disco en erosión que destaca por su enorme espacio de polvo, de aproximadamente 30 unidades astronómicas de radio. Por primera vez, los astrónomos han obtenido imágenes del gas en dispersión (también conocido como vientos) utilizando las cuatro líneas de los gases nobles neón (Ne) y argón (Ar), una de las cuales es la primera detección en un disco de formación de planetas. Las imágenes de [Ne II] muestran que el viento proviene de una región extendida del disco.

El equipo, todos miembros de un programa JWST dirigido por Ilaria Pascucci (Universidad de Arizona), también está interesado en saber cómo se lleva a cabo este proceso para poder comprender mejor la historia y el impacto en nuestro sistema solar.

"Estos vientos podrían ser impulsados ​​por fotones estelares de alta energía (la luz de la estrella) o por el campo magnético que teje el disco de formación de planetas", dijo Bajaj.

La Dra. Gorti del Instituto SETI lleva décadas investigando la dispersión en discos y, junto con su colega, predijo la fuerte emisión de argón que ahora ha detectado el JWST. Está "emocionada de poder finalmente desentrañar las condiciones físicas del viento para entender cómo se lanzan".

Los sistemas planetarios como nuestro sistema solar parecen contener más objetos rocosos que ricos en gas. Alrededor de nuestro Sol se encuentran los planetas interiores, el cinturón de asteroides y el cinturón de Kuiper. Pero los científicos saben desde hace mucho tiempo que los discos de formación de planetas comienzan con 100 veces más masa en gas que en sólidos, lo que lleva a una pregunta apremiante:¿Cuándo y cómo sale la mayor parte del gas del disco/sistema?

Durante las primeras etapas de la formación del sistema planetario, los planetas se fusionan en un disco giratorio de gas y polvo diminuto alrededor de la joven estrella. Estas partículas se agrupan y forman trozos cada vez más grandes llamados planetesimales. Con el tiempo, estos planetesimales chocan y se pegan, formando finalmente planetas. El tipo, tamaño y ubicación de los planetas que se forman dependen de la cantidad de material disponible y de cuánto tiempo permanece en el disco. Entonces, el resultado de la formación de planetas depende de la evolución y dispersión del disco.

El mismo grupo, en otro artículo dirigido por el Dr. Andrew Sellek del Observatorio de Leiden, realizó simulaciones de la dispersión impulsada por fotones estelares para diferenciar entre ambas. Comparan estas simulaciones con las observaciones reales y descubren que la dispersión por fotones estelares de alta energía puede explicar las observaciones y, por lo tanto, no puede excluirse como posibilidad.

El Dr. Sellek describió cómo "la medición simultánea de las cuatro líneas por parte del JWST resultó crucial para precisar las propiedades del viento y nos ayudó a demostrar que se están dispersando cantidades significativas de gas".

Para ponerlo en contexto, los investigadores calculan que la masa que se dispersa cada año es equivalente a la de la Luna. Un artículo complementario, actualmente bajo revisión por The Astronomical Journal , detallará estos resultados.

La línea [Ne II] se descubrió por primera vez hacia varios discos de formación de planetas en 2007 con el Telescopio Espacial Spitzer y pronto fue identificada como un trazador de vientos por el líder del proyecto, el Prof. Pascucci de la Universidad de Arizona; esto transformó los esfuerzos de investigación centrados en comprender la dispersión de gas en discos. El descubrimiento de [Ne II] resuelto espacialmente y la primera detección de [Ar III] utilizando el JWST podrían convertirse en el siguiente paso hacia la transformación de nuestra comprensión de este proceso.

"Utilizamos el neón por primera vez para estudiar los discos de formación de planetas hace más de una década, probando nuestras simulaciones computacionales con datos de Spitzer y nuevas observaciones que obtuvimos con el VLT de ESO", dijo el profesor Richard Alexander de la Facultad de Física y Física de la Universidad de Leicester. Astronomía. Aprendimos mucho, pero esas observaciones no nos permitieron medir cuánta masa estaban perdiendo los discos. Los nuevos datos del JWST son espectaculares y poder resolver los vientos del disco en imágenes es algo que nunca pensé que fuera posible. Con más observaciones como ésta aún por venir, JWST nos permitirá comprender los sistemas planetarios jóvenes como nunca antes".

Además, el grupo también ha descubierto que el disco interno de T Cha está evolucionando en escalas de tiempo muy cortas, de décadas; descubren que el espectro JWST de T Cha difiere del espectro anterior de Spitzer. Según Chengyan Xie, de la Universidad de Arizona, autor principal de este trabajo en curso, este desajuste podría explicarse por un pequeño disco interno asimétrico que ha perdido parte de su masa en sólo 17 años. Junto con otros estudios, esto también sugiere que el disco de T Cha está al final de su evolución.

Xie añade:"Es posible que podamos presenciar la dispersión de toda la masa de polvo en el disco interno de T Cha durante nuestra vida".

Las implicaciones de estos hallazgos ofrecen nuevos conocimientos sobre las complejas interacciones que conducen a la dispersión del gas y el polvo críticos para la formación de planetas. Al comprender los mecanismos detrás de la dispersión de los discos, los científicos pueden predecir mejor las líneas de tiempo y los entornos propicios para el nacimiento de los planetas. El trabajo del equipo demuestra el poder de JWST y establece un nuevo camino a seguir en la exploración de la dinámica de formación de planetas y la evolución de los discos circunestelares.

Los datos utilizados en este trabajo fueron adquiridos con el instrumento JWST/MIRI a través del programa PID 2260 del Ciclo 1 de Observadores Generales (IP:I. Pascucci). El equipo de investigación incluye a Naman Bajaj (estudiante de posgrado), la Prof. Ilaria Pascucci, la Dra. Uma Gorti, el Prof. Richard Alexander, el Dr. Andrew Sellek, la Dra. Jane Morrison, el Prof. Andras Gaspar, la Prof. Cathie Clarke, Chengyan Xie (posgrado estudiante), Dra. Giulia Ballabio y Dingshan Deng (estudiante de posgrado).

Más información: Naman S. Bajaj et al, Observaciones JWST MIRI MRS de T Cha:Descubrimiento de un viento de disco resuelto espacialmente, The Astronomical Journal (2024). DOI:10.3847/1538-3881/ad22e1

Proporcionado por el Instituto SETI