Los discos protoplanetarios se clasifican en tres categorías principales: transición, anillo o extendido. Estas imágenes en falso color del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) muestran estas clasificaciones en marcado contraste. A la izquierda: el disco anular de RU Lup se caracteriza por espacios estrechos que se cree que están tallados por planetas gigantes con masas que oscilan entre una masa de Neptuno y una masa de Júpiter. Medio: el disco de transición de J1604.3-2130 se caracteriza por una gran cavidad interior que se cree que está tallada por planetas más masivos que Júpiter, también conocidos como planetas super-jovianos. A la derecha: se cree que el disco compacto de Sz104 no contiene planetas gigantes, ya que carece de los reveladores huecos y cavidades asociados con la presencia de planetas gigantes. Créditos: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Dagnello (NRAO)

Utilizando datos de más de 500 estrellas jóvenes observadas con el Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), los científicos han descubierto un vínculo directo entre la estructura del disco protoplanetario
(los discos de formación de planetas que rodean a las estrellas) y la demografía de los planetas. El estudio demuestra que es más probable que las estrellas de mayor masa estén rodeadas por discos con «huecos» y que estos huecos se correlacionan directamente con la alta incidencia de exoplanetas gigantes observados alrededor de tales estrellas. Estos resultados brindan a los científicos una ventana hacia atrás en el tiempo, lo que les permite predecir cómo se verían los sistemas exoplanetarios en cada etapa de su formación.

«Encontramos una fuerte correlación entre las brechas en los discos protoplanetarios y la masa estelar, que puede estar relacionada con la presencia de exoplanetas grandes y gaseosos», dijo Nienke van der Marel, miembro de Banting del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Victoria. en Columbia Británica, y el autor principal de la investigación. “Las estrellas de mayor masa tienen relativamente más discos con espacios que las estrellas de menor masa, en consonancia con las correlaciones ya conocidas en los exoplanetas, donde las estrellas de mayor masa suelen albergar exoplanetas gigantes gaseosos. Estas correlaciones nos dicen directamente que las brechas en los discos de formación de planetas probablemente sean causadas por planetas gigantes de masa de Neptuno y superiores «.

Las brechas en los discos protoplanetarios se han considerado durante mucho tiempo como una evidencia general de la formación de planetas. Sin embargo, ha habido cierto escepticismo debido a la distancia orbital observada entre los exoplanetas y sus estrellas. “Una de las principales razones por las que los científicos se han mostrado escépticos sobre el vínculo entre los espacios y los planetas antes es que los exoplanetas en órbitas amplias de decenas de unidades astronómicas son raros. Sin embargo, los exoplanetas en órbitas más pequeñas, entre una y diez unidades astronómicas, son mucho más comunes ”, dijo Gijs Mulders, profesor asistente de astronomía en la Universidad Adolfo Ibáñez en Santiago, Chile, y coautor de la investigación. «Creemos que los planetas que despejen las brechas migrarán hacia adentro más adelante».

El nuevo estudio es el primero en mostrar que la cantidad de discos con huecos en estas regiones coincide con la cantidad de exoplanetas gigantes en un sistema estelar. “Estudios anteriores indicaron que había muchos más discos con huecos que exoplanetas gigantes detectados”, dijo Mulders. «Nuestro estudio muestra que hay suficientes exoplanetas para explicar la frecuencia observada de los discos con huecos en diferentes masas estelares».

La correlación también se aplica a los sistemas estelares con estrellas de baja masa, donde es más probable que los científicos encuentren exoplanetas rocosos masivos, también conocidos como supertierras. Van der Marel, quien se convertirá en profesor asistente en la Universidad de Leiden en los Países Bajos a partir de septiembre de 2021, dijo: “Las estrellas de menor masa tienen más Supertierras rocosas, entre una masa terrestre y una masa de Neptuno. Los discos sin espacios, que son más compactos, conducen a la formación de Super-Tierras «.

Este vínculo entre la masa estelar y la demografía planetaria podría ayudar a los científicos a identificar a qué estrellas apuntar en la búsqueda de planetas rocosos a lo largo de la Vía Láctea. “Esta nueva comprensión de las dependencias de masas estelares ayudará a guiar la búsqueda de planetas pequeños y rocosos como la Tierra en el vecindario solar”, dijo Mulders, quien también es parte del equipo Alien Earths financiado por la NASA. “Podemos usar la masa estelar para conectar los discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes con exoplanetas alrededor de estrellas maduras. Cuando se detecta un exoplaneta, el material que forma el planeta generalmente desaparece. Entonces, la masa estelar es una ‘etiqueta’ que nos dice cómo podría haber sido el entorno de formación de planetas para estos exoplanetas «.

Y todo se reduce a polvo. «Un elemento importante de la formación de planetas es la influencia de la evolución del polvo», dijo van der Marel. «Sin planetas gigantes, el polvo siempre se desplazará hacia adentro, creando las condiciones óptimas para la formación de planetas rocosos más pequeños cerca de la estrella».

La investigación actual se llevó a cabo utilizando datos de más de 500 objetos observados en estudios anteriores utilizando las antenas de banda 6 y banda 7 de alta resolución de ALMA. En la actualidad, ALMA es el único telescopio que puede obtener imágenes de la distribución de polvo milimétrico con una resolución angular lo suficientemente alta como para resolver los discos de polvo y revelar su subestructura, o la falta de ella. “Durante los últimos cinco años, ALMA ha producido muchos estudios de instantáneas de regiones cercanas de formación de estrellas que han dado como resultado cientos de mediciones de la masa, el tamaño y la morfología del polvo del disco”, dijo van der Marel. “La gran cantidad de propiedades de disco observadas nos ha permitido hacer una comparación estadística de los discos protoplanetarios con los miles de exoplanetas descubiertos. Esta es la primera vez que se ha demostrado con éxito una dependencia de masa estelar de discos con huecos y discos compactos utilizando el telescopio ALMA ”.

“Nuestros nuevos hallazgos vinculan las hermosas estructuras de brechas en los discos observadas con ALMA directamente con las propiedades de los miles de exoplanetas detectados por la misión Kepler de la NASA y otros estudios de exoplanetas”, dijo Mulders. «Los exoplanetas y su formación nos ayudan a ubicar los orígenes de la Tierra y el Sistema Solar en el contexto de lo que vemos que sucede alrededor de otras estrellas».

Fuentes

“A stellar mass dependence of structured disks: A possible link with exoplanet demographics,” N. van der Marel and G. Mulders, ApJ, DOI: 10.3847/1538-3881/ac0255. [Preview]

Sobre ALMA

Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación de la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Sur (ESO), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales ( NINS) de Japón en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST) y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. y el Instituto Coreano de Astronomía y Ciencias Espaciales (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA están a cargo de ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO), administrado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona el liderazgo y la gestión unificados de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA.

Traducción no oficial con fines divulgativos del articulo original en Inglés.
Créditos: ALMA / NRAO

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