En busca del embrión planetario

Aunque ya se han descubierto miles de exoplanetas en las últimas dos décadas, la detección de planetas en formación o protoplanetas es un campo precoz que actualmente está a la vanguardia de la ciencia; un campo en el que todavía no se han producido detecciones evidentes. Existen motivos para que no se hayan producido: las técnicas utilizadas para encontrar exoplanetas propiamente dichos están muy depuradas, pero no ofrecen resultados cuando lo que buscamos es un embrión planetario.

Eso no quiere decir que no haya técnicas para detectarlos. De hecho, con lo que les voy a contar a continuación verán un novedoso método. Con él se pueden identificar patrones inusuales en los movimientos de gas dentro de un disco protoplanetario. Lo han puesto de manifiesto dos equipos de astrónomos que han confirmado de manera independiente una serie de indicios que apuntan a la presencia de planetas recién formados orbitando a una estrella muy joven.

Sabemos que el movimiento del gas alrededor de una estrella en ausencia de planetas queda muy definido por los modelos teóricos. Esto quiere decir que tiene un patrón muy predecible. Esos patrones responden perfectamente a una rotación kepleriana casi imposible de alterar por sí misma. En cambio, basta la sola presencia de un objeto relativamente masivo para crear perturbaciones en este movimiento. Y son esas perturbaciones lo que han detectado estos dos grupos de investigación de los que les hablaba más arriba.

ALMA y el embrión planetario

Para hacer sus respectivos descubrimientos, cada equipo analizó observaciones que ALMA (Atacama Large Millimeter-submillimeter Array) proporcionó de la joven estrella HD 163296. Este cuerpo está situado a unos 330 años luz de la Tierra en dirección a la constelación de Sagitario. Las impresionantes imágenes tanto de esta estrella como de otros sistemas similares han revelado interesantes patrones de anillos y huecos concéntricos dentro de los discos protoplanetarios. Estos huecos podrían ser evidencias de que los protoplanetas están limpiando el polvo y el gas de sus órbitas e incorporándolo parcialmente a sus propias atmósferas.

embrión planetario

Imagen tomada por ALMA del disco alrededor de la joven estrella HD 163296. Las tres brechas que hay entre los anillos se deben, probablemente, a la presencia de planetas recién formados || Créditos: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) (Ver original).

Un estudio previo (Isella, 2016) del disco de esta estrella en particular muestra que los huecos en el polvo y el gas se superponen, lo que sugiere que en esa zona se han formado al menos dos planetas. Sin embargo, estas observaciones sólo proporcionaron indicios y no han podido utilizarse para estimar con precisión las masas de estos planetas. HD 163296 tiene casi dos veces la masa del Sol. Sin embargo, su edad es 4 millones de años, una milésima parte de la del Sol.

Los dos métodos

“Medir el flujo de gas dentro de un disco protoplanetario nos proporciona mucha más seguridad sobre la presencia de planetas alrededor de una estrella joven”, afirma Christophe Pinte, científico de la Universidad de Monash (Australia) y autor principal de uno de los dos artículos (Pinte, 2018). “Analizamos el movimiento localizado a pequeña escala del gas en los discos protoplanetarios de la estrella. Este nuevo enfoque podría descubrir algunos de los planetas más pequeños de nuestra galaxia”, explica Richard Teague, astrónomo de la Universidad de Michigan (Estados Unidos) y autor principal del otro artículo (Teague, 2018).

Lo novedoso de esta nueva técnica usada por Pinte y Teague es que en lugar de centrarse en el polvo del interior del disco, estudiaron el gas de monóxido de carbono (CO) repartido por los anillos. Tomaron esta decisión porque las moléculas de CO emiten una luz muy peculiar en la longitud de onda milimétrica, un rango que ALMA puede observar con precisión. Lograron detectar cambios en esta longitud de onda debido al efecto Doppler lo cual reveló movimientos del gas en el disco protoplanetario.

Los planetas detectados

El equipo de Teague identificó dos planetas situados aproximadamente a 12.000 millones y 21.000 millones de kilómetros de la estrella. Por otro lado, el equipo de Pinte reconoció un planeta situado a unos 39.000 millones de kilómetros de la estrella. Poniendo en contexto estas distancias, son equivalentes a 80, 140 y 260 veces la distancia entre la Tierra y el Sol, respectivamente. Para que se hagan una idea, el máximo alejamiento de Plutón al Sol es de 48,83 veces la distancia Tierra-Sol.

embrión planetario

Imagen que muestra muestra parte del conjunto de datos de ALMA que revela un pliegue que apunta a la presencia inequívoca de uno de los tres planetas || Créditos: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); Pinte et al. (Ver original).

Las anomalías en el flujo de gas en longitud del CO detectadas por los dos equipos indicaban que el gas está interactuando con un objeto masivo. Es algo similar a la que llevó al descubrimiento del planeta Neptuno. En ese caso, se detectaron anomalías orbitales en Urano debidas al efecto gravitatorio de un cuerpo desconocido. Gracias al análisis de estas anomalías, en 1846 fue descubierto visualmente el octavo planeta del sistema solar (Le Verrier, 1846; Galle, 1846).

Técnicas complementarias

La técnica utilizada por Teague reveló el impacto de varios planetas en los movimientos de gas cerca de la estrella. Por otro lado, la técnica utilizada por Pinte se adapta mejor al estudio de la parte externa del disco. Este dos análisis permitieron a los autores localizar con mayor precisión el tercer planeta, pero queda limito a grandes desviaciones del flujo.

En ambos casos, los investigadores encontraron las áreas donde el flujo del gas no coincide con su entorno. Analizando estos movimientos pudieron ver claramente la influencia de cuerpos planetarios con masas similares a la de Júpiter. Con esta técnica los astrónomos pueden hacer una estimación más precisa de las masas protoplanetarias y hay una menor probabilidad de obtener falsos positivos.

Ambos equipos seguirán depurando este método y lo aplicarán a otros discos protoplanetarios donde esperan comprender mejor cómo se forman las atmósferas y qué elementos participan en el proceso de nacimiento de un planeta.

Imagen de cabecera

  • Imagen de amplio campo que muestra los alrededores de la joven estrella HD 163296, la estrella azulada brillante del centro. La imagen fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2 (Ver original).

Agradecimientos

  • Davide De Martin

Referencias

  • eso1818 (2018). “ALMA Discovers Trio of Infant Planets around Newborn Star”. ESO Science Release (Ver).
  • eso1818es (2018). “ALMA descubre un trío de planetas jóvenes alrededor de una estrella recién nacida”. ESO Comunicado Científico (Ver).
  • Galle, J.G. (1846). “Account of the discovery of the planet of Le Verrier at Berlin”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 7, p.153. DOI: 10.1093/mnras/7.9.153 (Ver).
  • Isella, A. et al (2016). “Ringed Structures of the HD 163296 Protoplanetary Disk Revealed by ALMA”. Physical Review Letters, 117, 251101. DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.251101 (Ver).
  • Le Verrier, U.J. (1846). “Recherches sur les mouvements d’Uranus par U. J. Le Verrier”. Astronomische Nachrichten, 25, p.65. DOI: 10.1002/asna.18470250404 (Ver).
  • News Release (2016). “ALMA Finds Compelling Evidence for Pair of Infant Planets around Young Star”. NRAO (Ver).
  • Pinte, C. et al (2018). “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”. Astrophysical Journal Letters (Ver).
  • Teague, R. et al (2018). “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”. Astrophysical Journal Letters (Ver).

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