Los astrónomos han catalogado cerca de 4.000 exoplanetas en órbita alrededor de estrellas distantes. Aunque el descubrimiento de estos mundos recién descubiertos nos ha enseñado mucho, todavía hay muchas cosas que no sabemos sobre el nacimiento de los planetas y las recetas cósmicas precisas que generan la amplia gamaconjunto de cuerpos planetarios que ya hemos descubierto, incluidos los llamados Júpiter calientes, mundos rocosos masivos, planetas enanos helados y, con suerte algún día pronto, análogos distantes de la Tierra.
Para ayudar a responder estas y otras preguntas interesantes, un equipo de astrónomos realizó la primera encuesta de ALMA a gran escala y alta resolución de discos protoplanetarios, los cinturones de polvo y gas alrededor de estrellas jóvenes.
Conocido como las Subestructuras de Disco en el Proyecto de Alta Resolución Angular DSHARP, este "Gran Programa" del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ALMA ha arrojado impresionantes imágenes de alta resolución de 20 discos protoplanetarios cercanos y ha dado a los astrónomos nuevas ideasen la variedad de características que contienen y la velocidad con la que pueden emerger los planetas.
Los resultados de esta encuesta aparecerán en un número de enfoque especial de la Letras del diario astrofísico .
Según los investigadores, la interpretación más convincente de estas observaciones es que los planetas grandes, probablemente similares en tamaño y composición a Neptuno o Saturno, se forman rápidamente, mucho más rápido de lo que permitiría la teoría actual. Tales planetas también tienden a formarse en el exterioralcances de sus sistemas solares a tremendas distancias de sus estrellas anfitrionas.
Tal formación precoz también podría ayudar a explicar cómo los mundos rocosos del tamaño de la Tierra pueden evolucionar y crecer, sobreviviendo a su presunta adolescencia autodestructiva.
"El objetivo de esta campaña de observación de meses de duración fue buscar elementos comunes y diferencias estructurales en los discos protoplanetarios. La visión notablemente aguda de ALMA ha revelado estructuras nunca antes vistas y patrones inesperadamente complejos", dijo Sean Andrews, astrónomo del Harvard-SmithsonianCentro de Astrofísica CfA y líder de la campaña de observación de ALMA, junto con Andrea Isella de la Universidad de Rice, Laura Pérez de la Universidad de Chile y Cornelis Dullemond de la Universidad de Heidelberg. "Estamos viendo detalles distintos en torno a una amplia variedad de jóvenesestrellas de varias masas. La interpretación más convincente de estas características muy diversas y de pequeña escala es que hay planetas invisibles que interactúan con el material del disco ".
Los modelos principales para la formación de planetas sostienen que los planetas nacen por la acumulación gradual de polvo y gas dentro de un disco protoplanetario, comenzando con granos de polvo helado que se unen para formar rocas cada vez más grandes, hasta que emergen asteroides, planetesimales y planetas.Este proceso jerárquico debería tardar muchos millones de años en desarrollarse, lo que sugiere que su impacto en los discos protoplanetarios sería más frecuente en los sistemas más antiguos y maduros. Sin embargo, la creciente evidencia indica que no siempre es así.
Las primeras observaciones de ALMA de discos protoplanetarios jóvenes, algunos de aproximadamente un millón de años de antigüedad, revelan estructuras sorprendentemente bien definidas, incluidos anillos y huecos prominentes, que parecen ser el sello distintivo de los planetas. Los astrónomos inicialmente fueron cautelosos al atribuir estas características alacciones de planetas ya que otro proceso natural podría estar en juego.
"Fue sorprendente ver posibles firmas de formación de planetas en las primeras imágenes de alta resolución de discos jóvenes. Era importante averiguar si se trataba de anomalías o si esas firmas eran comunes en los discos", dijo Jane Huang, unaestudiante graduado en CfA y miembro del equipo de investigación.
Sin embargo, dado que la muestra inicial de discos que los astrónomos podían estudiar era tan pequeña, era imposible sacar conclusiones generales. Pudo haber sido que los astrónomos observaban sistemas atípicos. Se necesitaban más observaciones en una variedad de discos protoplanetarios para determinarlas causas más probables de las características que estaban viendo
La campaña DSHARP fue diseñada para hacer precisamente eso al estudiar la distribución a pequeña escala de partículas de polvo alrededor de 20 discos protoplanetarios cercanos. Estas partículas de polvo brillan naturalmente en luz de longitud de onda milimétrica, permitiendo a ALMA mapear con precisión la distribución de densidad de pequeños,partículas sólidas alrededor de estrellas jóvenes.
Dependiendo de la distancia de la estrella a la Tierra, ALMA pudo distinguir características tan pequeñas como unas pocas Unidades Astronómicas. Una Unidad Astronómica es la distancia promedio de la Tierra al Sol - aproximadamente 150 millones de kilómetros, que es una escala útilpara medir distancias en la escala de los sistemas estelares. Mediante estas observaciones, los investigadores pudieron obtener imágenes de una población completa de discos protoplanetarios cercanos y estudiar sus características a escala AU.
Los investigadores encontraron que muchas subestructuras - espacios concéntricos, anillos estrechos - son comunes a casi todos los discos, mientras que los patrones en espiral a gran escala y las características en forma de arco también están presentes en algunos de los casos. Además, los discos ylas brechas están presentes en una amplia gama de distancias desde sus estrellas anfitrionas, desde unas pocas UA hasta más de 100 UA, que es más de tres veces la distancia de Neptuno desde nuestro Sol.
Estas características, que podrían ser la huella de grandes planetas, pueden explicar cómo los planetas rocosos del tamaño de la Tierra pueden formarse y crecer. Durante décadas, los astrónomos se han preguntado sobre un obstáculo importante en la teoría de la formación de planetas: una vez que los cuerpos polvorientos crecenun cierto tamaño, aproximadamente un centímetro de diámetro, la dinámica de un disco protoplanetario liso los induciría a caer sobre su estrella anfitriona, sin adquirir nunca la masa necesaria para formar planetas como Marte, Venus y la Tierra.
Los densos anillos de polvo que vemos ahora con ALMA producirían un refugio seguro para que los mundos rocosos maduren por completo. Sus densidades más altas y la concentración de partículas de polvo crearían perturbaciones en el disco, formando zonas donde los planetesimales tendrían más tiempo para creceren planetas completamente desarrollados
"Cuando ALMA realmente reveló sus capacidades con su imagen icónica de HL Tau, tuvimos que preguntarnos si eso era un valor atípico ya que el disco era comparativamente masivo y joven", señaló Pérez. "Estas últimas observaciones muestran que, aunque sorprendente, HLTau está lejos de ser inusual y puede representar la evolución normal de los planetas alrededor de estrellas jóvenes "
El Observatorio Nacional de Radioastronomía es una instalación de la National Science Foundation, operada bajo un acuerdo cooperativo de Associated Universities, Inc.
Esta investigación se presenta en los siguientes documentos aceptados por el Letras del diario astrofísico .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Observatorio Nacional de Radioastronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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