Los astrónomos están buscando planetas en proceso de formación alrededor de estrellas jóvenes utilizando el Telescopio Espacial James Webb (JWST). El potente telescopio espacial rápidamente dio resultados, aunque de forma inesperada.
Estos planetas infantiles toman forma en remolinos de gas y polvo llamados discos protoplanetarios, reuniendo más masa a medida que lo hacen. La humanidad ha fotografiado muchos de estos discos protoplanetarios, pero los astrónomos sólo han vislumbrado los planetas en formación dentro de ellos unas pocas veces hasta la fecha.
Ahora, un equipo dirigido por científicos de la Universidad de Michigan, la Universidad de Arizona y la Universidad de Victoria han añadido el poder de JWST instrumentos infrarrojos sensibles para esta búsqueda. El equipo utilizó el gran telescopio para observar los discos protoplanetarios HL Tau, SAO 206462 y MWC 758, añadiendo observaciones a los datos recopilados por el telescopio espacial Hubble y el Conjunto milimétrico grande de Atacama (ALMA) con la esperanza de detectar un planeta en formación.
La investigación también reveló interacciones hasta ahora no vistas entre discos protoplanetarios y las envolturas de gas que están más cerca de las estrellas que se encuentran en el corazón de estos discos.
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«Básicamente, en cada disco que hemos observado con suficiente resolución y sensibilidad, hemos visto grandes estructuras como huecos, anillos y, en el caso de SAO 206462, espirales», dijo Gabriele Cugno, miembro del equipo y astrónomo de la Universidad de Michigan. dijo en un comunicado. «La mayoría, si no todas, de estas estructuras pueden explicarse mediante la formación de planetas que interactúan con el material del disco, pero existen otras explicaciones que no implican la presencia de planetas gigantes.
«Si finalmente logramos ver estos planetas, podremos conectar algunas de las estructuras con sus compañeros en formación y relacionar los procesos de formación con las propiedades de otros sistemas en etapas mucho más tardías. Finalmente podremos conectar los puntos y comprender cómo evolucionan los planetas y los sistemas planetarios a medida que avanzan. entero.»
Encontrar un planeta inesperado
Cugno dirigió una investigación del JWST sobre el disco protoplanetario alrededor de la protoestrella SAO 206462. Una protoestrella es un cuerpo estelar que aún no ha acumulado suficiente masa para desencadenar la fusión de hidrógeno a helio en su núcleo, el proceso que define una estrella de secuencia principal en toda regla como el sol.
En el disco protoplanetario alrededor de SAO 206462, el equipo detectó las señales de un planeta en formación, pero con un giro: no era el planeta que esperaban ver.
«Varias simulaciones sugieren que el planeta debería estar dentro del disco, masivo, grande, caliente y brillante. Pero no lo encontramos. Esto significa que o el planeta es mucho más frío de lo que pensamos, o puede estar oscurecido por algún material eso nos impide verlo», continuó Cugno. «Lo que hemos encontrado es un candidato a planeta diferente, pero no podemos decir con 100% de certeza si es un planeta o una estrella o galaxia de fondo tenue que contamina nuestra imagen.
«Las observaciones futuras nos ayudarán a comprender exactamente lo que estamos viendo».
Esta no es la primera vez que se centra la atención en el disco de SAO 206462. Hubble, Alma y el Telescopio muy grande (VLT) han estudiado este disco protoplanetario y estas observaciones revelan que está compuesto por dos fuertes espirales.
Es probable que estas espirales estén siendo creadas por un planeta en formación. Sin embargo, antes de buscar este planeta con JWST, el equipo esperaba ver un planeta gigante gaseoso compuesto principalmente de helio, como Saturno o Júpiter.
«El problema es que lo que estamos tratando de detectar es cientos de miles, si no millones de veces, más débil que la estrella», dijo Cugno. «Eso es como intentar detectar una pequeña bombilla al lado de un faro».
JWST Cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) permitió a Cugno y sus colegas profundizar en el disco de SAO 206462 y detectar energía térmica del planeta, parte de la cual se libera cuando el material cae sobre él a altas velocidades.
«Cuando el material cae sobre el planeta, choca contra la superficie y emite una línea de emisión en longitudes de onda específicas», dijo Cugno. «Utilizamos un conjunto de filtros de banda estrecha para intentar detectar esta acumulación. Esto se ha hecho antes desde el suelo en longitudes de onda ópticas, pero esta es la primera vez que se hace en infrarrojo con JWST».
Esto indicaba un planeta separado de la protoestrella central por unas 300 veces la distancia entre la Tierra y el sol. Los gigantes gaseosos normalmente se forman mucho más cerca de sus estrellas, y algunos migran hacia afuera después de que el disco protoplanetario se ha disipado.
Los resultados de NIRCam descartaron un objeto en el disco con una masa superior a 2,2 veces la masa de Júpitery Cugno y sus colegas concluyeron que, si hay un gigante gaseoso tallando las ordenadas espirales del disco protoplanetario de SAO 206462, debe hacer mucho frío.
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La estrella más joven tiene lo necesario para la formación de planetas
Mientras Cugno y sus colegas observaban el disco alrededor de SAO 206462, el investigador Camryn Mullin de la Universidad de Victoria utilizó el JWST para estudiar la estrella. HL Tauro (HL Tau). Se trata de un infante situado a unos 450 años luz de la Tierra que también ha sido investigado por multitud de telescopios.
Con una edad estimada de no más de 1 millón de años (en comparación con nuestro Sol de mediana edad, de 4.600 millones de años), HL Tau es la estrella más joven en la investigación del disco protoplanetario del JWST.
«HL Tau es el sistema más joven de nuestro estudio y todavía está rodeado por una densa afluencia de polvo y gas que cae sobre el disco», dijo Mullin. «Nos sorprendió el nivel de detalle con el que pudimos ver este material circundante con JWST, pero desafortunadamente oscurece cualquier señal de planetas potenciales».
Es bien sabido que el disco de HL Tau presenta una serie de espacios y anillos del tamaño de un sistema solar que podrían albergar planetas. Sin embargo, debido a lo lleno de polvo que está el disco y a la juventud del sistema, es poco probable que incluso el JWST vea planetas alrededor de HL Tau directamente.
El equipo pudo distinguir una característica llamada envoltura protoestelar con el JWST. Esto representa el denso flujo de polvo y gas que está comenzando a fusionarse alrededor de HL Tau. Esta materia prima fluye hacia la estrella y su disco desde el medio interestelargas y polvo que existen entre las estrellas y que eventualmente servirá como materia prima para el nacimiento de planetas.
¡La búsqueda de planetas en formación continúa!
Kevin Wagner, miembro del Hubble/Sagan de la NASA en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona, examinó el disco protoplanetario de CMM 758 con el JWST. Se trata de otro disco protoplanetario con brazos espirales que podría indicar la presencia de un planeta masivo.
Este posible planeta y cualquier otro no se manifestaron en el estudio del equipo, pero la sensibilidad y el poder del JWST les permitieron imponer restricciones a cualquier posible planeta en formación dentro de este disco protoplanetario. Esto incluía descartar la posibilidad de que existan planetas en las afueras del disco, lejos de la estrella MWC 758.
«La falta de planetas detectados en los tres sistemas nos dice que los planetas que causan las brechas y los brazos espirales están demasiado cerca de sus estrellas anfitrionas o son demasiado débiles para ser vistos con JWST», dijo Wagner. «Si esto último es cierto, nos dice que tienen una masa relativamente baja, una temperatura baja, están envueltos en polvo o alguna combinación de las tres, como probablemente sea el caso en el MWC 758».
Investigaciones como éstas sobre la formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes son de vital importancia para comprender cómo se distribuyen los materiales en los sistemas jóvenes y cómo los conjuntos maduros como el sistema solar surgió, dijeron los investigadores.
«Sólo alrededor del 15% de las estrellas como el Sol tienen planetas como Júpiter. Es realmente importante entender cómo se forman y evolucionan y refinar nuestras teorías», dijo Michael Meyer, miembro del equipo y astrónomo de la Universidad de Michigan. «Algunos astrónomos piensan que estos planetas gigantes gaseosos regulan la entrega de agua a planetas rocosos que se forman en las partes internas de los discos».
Por lo tanto, esta investigación puede ser, en última instancia, crucial para comprender cómo Tierra se formó y cómo llegó a ser capaz de Soporte de vida.
El investigación del equipo se discute en tres papeles publicado la semana pasada en el La revista astronómica.
