Un nuevo planeta comienza su vida en un círculo giratorio de gas y polvo, una cuna conocida como disco protoestelar. Mis colegas y yo hemos utilizado simulaciones por computadora para mostrar que los planetas gaseosos recién nacidos en estos discos probablemente tengan formas sorprendentemente aplanadas. Este hallazgo, publicado en Astronomy and Astrophysics Letters , podría contribuir a nuestra idea de cómo se forman exactamente los planetas.
Observar protoplanetas que acaban de formarse y que todavía se encuentran dentro de sus discos protoestelares es extremadamente difícil. Hasta ahora sólo se han observado tres protoplanetas jóvenes de este tipo, dos de ellos en el mismo sistema, PDS 70.
Necesitamos encontrar sistemas que sean jóvenes y lo suficientemente cercanos como para que nuestros telescopios puedan detectar la tenue luz del planeta y distinguirla de la del disco. Todo el proceso de formación planetaria dura sólo unos pocos millones de años, lo que no es más que un abrir y cerrar de ojos en escalas astrofísicas. Esto significa que debemos tener suerte para atraparlos en el acto de formarse.
Nuestro grupo de investigación realizó simulaciones por computadora para determinar las propiedades de protoplanetas gaseosos bajo una variedad de condiciones térmicas en las cunas de los planetas.
Las simulaciones tienen suficiente resolución para poder seguir la evolución de un protoplaneta en el disco desde una fase temprana, cuando no es más que una mera condensación dentro del disco. Estas simulaciones son exigentes desde el punto de vista computacional y se ejecutaron en DiRAC, la instalación de supercomputación astrofísica del Reino Unido.
Normalmente, se forman varios planetas dentro de un disco. El estudio encontró que los protoplanetas tienen una forma conocida como esferoides achatados, como Smarties o M&M's, en lugar de ser esféricos. Crecen extrayendo gas predominantemente a través de sus polos en lugar de sus ecuadores.
Técnicamente, los planetas de nuestro sistema solar también son esferoides achatados, pero su aplanamiento es pequeño. Saturno tiene un achatamiento del 10%, Júpiter del 6%, mientras que la Tierra apenas el 0,3%.
En comparación, el aplanamiento típico de los protoplanetas es del 90%. Tal aplanamiento afectará las propiedades observadas de los protoplanetas y debe tenerse en cuenta al interpretar las observaciones.
La teoría más aceptada sobre la formación de planetas es la de la "acreción del núcleo". Según este modelo, pequeñas partículas de polvo más pequeñas que la arena chocan entre sí, se agrupan y crecen progresivamente hasta formar cuerpos cada vez más grandes. Esto es efectivamente lo que le sucede al polvo debajo de la cama cuando no se limpia.
Una vez que se forma un núcleo de polvo con suficiente masa, extrae gas del disco para formar un planeta gigante gaseoso. Este enfoque de abajo hacia arriba llevaría unos cuantos millones de años.
El enfoque opuesto, de arriba a abajo, es la teoría de la inestabilidad del disco. En este modelo, los discos protoestelares que rodean a las estrellas jóvenes son gravitacionalmente inestables. En otras palabras, son demasiado pesados para ser mantenidos y, por lo tanto, se fragmentan en pedazos que evolucionan hasta convertirse en planetas.
La teoría de la acreción del núcleo existe desde hace mucho tiempo y puede explicar muchos aspectos de cómo se formó nuestro sistema solar. Sin embargo, la inestabilidad del disco puede explicar mejor algunos de los sistemas exoplanetarios que hemos descubierto en las últimas décadas, como aquellos en los que un planeta gigante gaseoso orbita muy, muy lejos de su estrella anfitriona.
El atractivo de esta teoría es que la formación de planetas ocurre muy rápido, en unos pocos miles de años, lo que es consistente con observaciones que sugieren que los planetas existen en discos muy jóvenes.
Nuestro estudio se centró en los planetas gigantes gaseosos formados mediante el modelo de inestabilidad del disco. Son aplanados porque se forman a partir de la compresión de una estructura ya plana, el disco protoestelar, pero también por su forma de girar.
Aunque estos protoplanetas en general son muy aplanados, sus núcleos, que eventualmente evolucionarán hasta convertirse en planetas gigantes gaseosos tal como los conocemos, están menos aplanados:sólo alrededor del 20%. Esto es sólo el doble del aplanamiento de Saturno. Se espera que con el tiempo se vuelvan más esféricos.
Los planetas rocosos, como la Tierra y Marte, no pueden formarse mediante la inestabilidad del disco. Se cree que se forman ensamblando lentamente partículas de polvo en guijarros, rocas, objetos de tamaño kilométrico y, finalmente, planetas. Son demasiado densos para aplanarse significativamente incluso cuando recién nacen. No hay posibilidad de que la Tierra fuera aplanada en un grado tan alto cuando era joven.
Pero nuestro estudio respalda el papel de la inestabilidad del disco en el caso de algunos mundos en algunos sistemas planetarios.
Ahora estamos pasando de la era de los descubrimientos de exoplanetas a la era de la caracterización de exoplanetas. Muchos nuevos observatorios están a punto de entrar en funcionamiento. Estos ayudarán a descubrir más protoplanetas incrustados en sus discos. Las predicciones a partir de modelos informáticos también son cada vez más sofisticadas.
La comparación entre estos modelos teóricos y las observaciones nos acerca cada vez más a la comprensión de los orígenes de nuestro sistema solar.
Proporcionado por The Conversation
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