Si la era moderna de la astronomía pudiera resumirse en pocas palabras, probablemente sería “la era de los paradigmas cambiantes”. Gracias a los telescopios, instrumentos y aprendizaje automático de última generación, los astrónomos están realizando investigaciones más profundas sobre los misterios cosmológicos, haciendo descubrimientos y rompiendo con nociones preconcebidas. Esto incluye cómo se forman los sistemas de planetas alrededor de nuevas estrellas, que los científicos han explicado tradicionalmente utilizando la Hipótesis Nebular. Esta teoría afirma que los sistemas estelares se forman a partir de nubes de gas y polvo (nebulosas) que experimentan un colapso gravitacional, creando una nueva estrella.
El gas y el polvo restantes luego se depositan en un disco protoplanetario alrededor de la nueva estrella, que gradualmente se fusiona para crear planetas. Naturalmente, los astrónomos teorizan que la composición de los planetas coincidiría con la del propio disco. Sin embargo, al examinar un exoplaneta aún en desarrollo en un sistema estelar distante, un equipo de astrónomos descubrió un desajuste entre los gases de la atmósfera del planeta y los del interior del disco. Estos hallazgos indican que la relación entre un disco protoplanetario y los planetas que forman podría ser más complicada.
El equipo estuvo dirigido por el asociado postdoctoral Chih-Chun “Dino” Hsu del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA) de la Universidad Northwestern. A él y a sus colegas se unieron investigadores del Instituto Tecnológico de California (Caltech), la Universidad de California en San Diego (UCSD) y la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). El artículo que detalla sus hallazgos, “PDS 70b Shows Stellar-like Carbon-to-oxygen Ratio”, apareció recientemente en The Astrophysical Journal Letters.
Para su estudio, el equipo se basó en el Keck Planet Imager and Characterizer (KPIC), un nuevo instrumento del Observatorio W.M. Keck, para obtener espectros de PDS 70b. Este exoplaneta aún en formación orbita una estrella variable joven (de solo ~5 millones de años) ubicada a unos 366 años luz de la Tierra. Es el único conocido por los astrónomos con protoplanetas que residen en la cavidad del disco circunestelar a partir del cual se formaron, lo que lo hace ideal para estudiar la formación y evolución de exoplanetas en su entorno natal. Jason Wang, profesor adjunto de física y astronomía en Northwestern que asesoró a Hsu, explicó en un comunicado de prensa de Northwestern News:
“Este es un sistema en el que vemos tanto planetas aún en formación como los materiales a partir de los cuales se formaron. Estudios anteriores han analizado este disco de gas para comprender su composición. Por primera vez, pudimos medir la composición del planeta aún en formación y ver cuán similares son los materiales en el planeta en comparación con los materiales en el disco”.
Hasta hace poco, los astrónomos no podían estudiar directamente un disco protoplanetario para seguir el nacimiento de nuevos planetas. Cuando la mayoría de los exoplanetas son observables con telescopios, ya han terminado de formarse y sus discos natales han desaparecido. Estas observaciones son históricas porque es la primera vez que los científicos comparan información de un exoplaneta, su disco natal y su estrella anfitriona. Su trabajo fue posible gracias a nuevas tecnologías fotónicas codesarrolladas por Wang para los telescopios Keck.
Esta tecnología permitió a Hsu y su equipo capturar los espectros de PDS 70b y las características tenues de este joven sistema planetario, a pesar de la presencia de una estrella mucho más brillante. “Estas nuevas herramientas permiten tomar espectros realmente detallados de objetos tenues al lado de objetos realmente brillantes”, dijo Wang. “Porque el desafío aquí es que hay un planeta realmente débil al lado de una estrella realmente brillante. Es difícil aislar la luz del planeta para analizar su atmósfera”.
Los espectros resultantes revelaron la presencia de monóxido de carbono y agua en la atmósfera de PDS 70b. Esto permitió al equipo calcular la proporción inferida de carbono y oxígeno atmosférico, que compararon con mediciones de gases en el disco informadas anteriormente. “Inicialmente esperábamos que la proporción de carbono a oxígeno en el planeta pudiera ser similar a la del disco”, dijo Hsu. “Pero, en cambio, descubrimos que la proporción de carbono, en relación con el oxígeno, en el planeta era mucho menor que la proporción en el disco. Eso fue un poco sorprendente y demuestra que nuestra imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas era demasiado simplificada”.
Para explicar esta discrepancia, el equipo propuso dos posibles explicaciones. Estas incluyen la posibilidad de que el planeta se haya formado antes de que su disco se enriqueciera con carbono o que el planeta haya crecido principalmente absorbiendo grandes cantidades de materiales sólidos además de gases. Si bien los espectros muestran solo gases, el equipo reconoce que parte del carbono y el oxígeno podrían haberse acumulado a partir de sólidos atrapados en el hielo y el polvo. Dijo Hsu:
“Para los astrofísicos observacionales, una imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas probablemente era demasiado simplificada. Según esa imagen simplificada, la proporción de gases de carbono y oxígeno en la atmósfera de un planeta debería coincidir con la proporción de gases de carbono y oxígeno en su disco natal, suponiendo que el planeta acrecentara materiales a través de los gases en su disco. En cambio, encontramos un planeta con una proporción de carbono y oxígeno que es mucho menor en comparación con su disco. Ahora, podemos confirmar las sospechas de que la imagen de la formación de planetas era demasiado simplificada”.
“Si el planeta absorbió preferentemente hielo y polvo, entonces ese hielo y polvo se habrían evaporado antes de entrar en el planeta”, agregó Wang. “Por lo tanto, podría indicarnos que no podemos comparar gas con gas. Los componentes sólidos podrían estar marcando una gran diferencia en la relación carbono-oxígeno”. Para explorar estas teorías más a fondo, el equipo planea obtener espectros del otro PDS 70c, el otro exoplaneta incipiente del sistema. “Al estudiar estos dos planetas juntos, podemos comprender aún mejor la historia de formación del sistema”, dijo Hsu. “Pero, además, este es solo un sistema. Idealmente, necesitamos identificar más de ellos para comprender mejor cómo se forman los planetas”.
Artículo con fines divulgativos basado en el artículo original en Inglés.
Créditos: Matt Williams, Universe Today
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