Mexicanos observan por primera vez la formación de planetas
Por Tania Robles
Ciudad de México. 30 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Un grupo de astrónomos mexicanos del Instituto de Radioastronomía y Astrofísica (Irya) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) participa en la observación de las primeras etapas de un protoplaneta en formación a cientos de años luz de distancia de la Tierra.
Anteriormente, no se habían podido observar las distintas etapas de la formación planetaria, mismas que se revelaron tras obtener imágenes de la estrella HL Tau por el radiotelescopio Very Large Array (VLA) en Nuevo México. Esta estrella se encuentra a 450 años luz y la observación del disco de polvo cósmico que la rodea permitió conocer detalles de su estructura dentro de la cual se forma este planeta. HL Tau tiene un millón de años, lo que la hace una estrella muy joven para demostrar evidencia del inicio de la formación planetaria. Al formarse las estrellas, estas nacen y van evolucionando rodeadas de un disco de gas y polvo cósmico dentro del cual se irán formando los planetas, llamado disco protoplanetario.
Los investigadores mexicanos involucrados son los doctores Roberto Galván Madrid, Luis Felipe Rodríguez Jorge y Carlos Carrasco González, líder de la investigación.
Antecedentes
Estos resultados derivan de una investigación que comenzó a mediados de los años 90, hace aproximadamente 20 años, en la que se pretendía conocer qué es lo que había alrededor de las estrellas jóvenes.
Dr. Luis Felipe Rodríguez.Previo a este descubrimiento, en 2014 y 2015, se estudió la misma estrella y su disco con el radiotelescopio Gran Arreglo Milimétrico de Atacama (ALMA, por sus siglas en inglés) en Chile, en donde se obtuvo información y la mejor imagen considerada por los astrónomos de un disco de formación planetaria. En esta se observan brechas en el disco que posiblemente son causadas por cuerpos planetarios que han arrasado con el polvo a lo largo de sus órbitas. Esta imagen comprobó físicamente las teorías de los astrofísicos en el tema.
Con el estudio en ALMA se observaron detalles en la parte externa del disco; sin embargo, aún cercano a la estrella, hay una zona en la que se espera se forme la mayoría de los planetas similares a la Tierra. En esta área el polvo no permite su detección mediante ondas milimétricas con las que ALMA trabaja. El radiotelescopio captó ondas de radio con longitud de siete milímetros.
Entonces, para obtener más detalles de esta región fue necesario que los investigadores realizaran sus observaciones con el VLA, instrumento que recibe ondas de longitud más largas a las que el polvo es transparente, es decir, logra detectarlo. Las imágenes obtenidas con este radiotelescopio tienen más calidad que cualquiera obtenida anteriormente en los estudios y registró ondas con longitud de un milímetro.
Planetas nacientes
Pero ¿cómo se forma un planeta? El doctor Luis Felipe Rodríguez explica que en torno a las estrellas hay una especie de disco aplanado de polvo, no es sólida y está compuesta por gases y moléculas. Este polvo está conformado por silicatos, minerales compuestos de silicio y oxígeno y por grafito. Alrededor de él se junta agua, metano o amoniaco en forma de hielo.
Este polvo o material cercano a la estrella se calienta por la misma y comienza a emitir radiación que es detectada por los radiotelescopios y por los cuales se puede conocer su distribución, temperatura y tamaño con base en estas observaciones.
"Un planeta se forma del polvo fino que gira alrededor de la estrella. Al girar, se va aglomerando y chocando entre él, por lo que se forman pequeños cuerpos que van creciendo y comienzan a chocar entre ellos. De este proceso crecen hasta conformarse cuerpos cada vez más grandes, repitiéndose el proceso sucesivamente hasta convertirse en planetas hechos del material que al principio giraba aledaño a la estrella joven. Se pueden formar cuatro o cinco, o en el caso de nuestro sistema solar fueron ocho. El polvo que queda sin formar parte de un planeta se convierte luego en asteroides o cometas. Pero casi todo termina en planetas”, añade Luis Felipe Rodríguez.
En el lado izquierdo se presenta la imagen obtenida con ALMA que muestra las brechas que posiblemente indican la presencia de planetas en formación. En el lado derecho se presenta un acercamiento hecho con los datos del VLA que muestra la región central del disco, con una flecha indicando la posición de un grumo de polvo que podría ser el inicio de la formación de un nuevo planeta. La región brillante central es donde se espera que se formen los planetas tipo terrestres y su interior solo puede ser estudiado con el VLA. Imagen cortesía de Carrasco-González et al. y Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF. En cuanto a esta investigación, "esto es muy diferente del caso de la formación de las estrellas donde, en diferentes regiones, hemos podido ver objetos en diferentes etapas de su ciclo de vida. Con los planetas no hemos tenido tanta suerte, así que lograr un primer vistazo de estas etapas tan tempranas orientará nuestra investigación futura”, explica Carlos Carrasco.
Con herramientas científicas y tecnológicas como los radiotelescopios, los investigadores son capaces de conocer que en el caso de esta estrella ahora cuenta con el material suficiente para formar un planeta grande, aunque en el proceso se sabe que se pierde mucho material. El polvo de la región interna del disco contiene granos de polvo de un centímetro de diámetro, que comenzó siendo cientos de veces más pequeño pero que se ha ido aglutinando y que dentro de años se convertirá en un planeta.
Entonces es posible definir un límite superior o un estimado al material que formará el planeta. “Podemos decir que el grumo de polvo agrupado tiene de tres a ocho veces la masa de la Tierra, por lo que lo más seguro es que terminará siendo un planeta de tamaño similar al nuestro. Pensamos que será un planeta rocoso porque vemos predominantemente polvo; el gas ya se evaporó de la región” agrega.
Es la primera vez que se observa esta etapa de la formación planetaria, considerada la fase más temprana de este suceso.
En el disco de la estrella HL Tau existen varias zonas brillantes en las que es probable que se formen más planetas. Sin embargo, en el anillo en que se encuentra esta zona de formación planetaria sí se tiene más evidencia de que se esté formando antes que los demás. Se piensa que en las otras zonas la formación tardará más años en comenzar y, por ende, en terminar.
Colaboración mundial
En la astronomía cada vez existe un mayor número de colaboraciones internacionales, como ejemplo existe esta investigación conformada por instituciones y científicos de México, España, Alemania y Estados Unidos. Sus resultados fueron reportados en el artículo "The VLA view of the HL Tau Disk - Disk Mass, Grain Evolution, and Early Planet Formation" en The Astrophysical Journal Letters.
En México históricamente se ha estudiado de forma amplia la formación de estrellas y recientemente la formación de planetas. “Ya sabíamos cómo se formaban los planetas, pero no lo habíamos visto porque es un proceso muy sutil. Para ver el polvo tenue que forma los planetas hacía falta el desarrollo de tecnología e instrumentación”, concluye el doctor Luis Felipe Rodríguez Jorge.
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