Los astrónomos han encontrado distintos brazos espirales en el disco de gas y polvo que rodea a la joven estrella Elías 2-27. Si bien se han observado características similares en las superficies de dichos discos antes, esta es la primera vez que se identifican dentro del disco, donde tiene lugar la formación de planetas. Estructuras como estas podrían indicar la presencia de un planeta recién formado o crear las condiciones necesarias para que se forme un planeta. Como tal, los resultados son un paso crucial hacia una mejor comprensión de cómo los sistemas planetarioscomo surgió nuestro sistema solar. Los resultados han sido publicados en la revista Science.
Un equipo internacional de astrónomos ha obtenido la primera imagen de una estructura en espiral que se ve en la emisión de polvo térmico proveniente de un disco protoplanetario, el posible lugar de nacimiento de un nuevo Sistema Solar. Se cree que estas estructuras juegan un papel clave al permitir que se formen planetasalrededor de estrellas jóvenes. Los investigadores utilizaron el observatorio internacional ALMA para obtener imágenes del disco alrededor de la estrella joven Elías 2-27, en la constelación de Ofiuco, a una distancia de unos 450 años luz de la Tierra.
El grupo está dirigido por Laura Pérez, investigadora Alexander von Humboldt del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, e incluye a Hendrik Linz y Thomas Henning del Instituto Max Planck de Astronomía de Heidelberg.
Discos: lugar de nacimiento de los planetas
Los planetas se forman en discos de gas y polvo alrededor de las estrellas recién nacidas. Pero si bien este concepto general se remonta, los astrónomos solo recientemente obtuvieron la capacidad de observar dichos discos directamente. Un primer ejemplo es el descubrimiento de siluetas de discos frente aemisión en la Nebulosa de Orión por el telescopio espacial Hubble en la década de 1990, los llamados proplyds. La capacidad de observar no solo cada disco en su conjunto, sino también su subestructura, es aún más reciente. Brechas en los discos protoplanetarios,en forma de anillos concéntricos, se observaron por primera vez con ALMA en 2014.
Estas nuevas observaciones son de particular interés para cualquier persona interesada en la formación de planetas. ¡Sin estructuras como esta espiral gigante, los planetas podrían no haber podido formarse en primer lugar! La razón es la siguiente: en un disco liso, los planetassolo puede crecer paso a paso. Las partículas de polvo dentro del gas del disco ocasionalmente colisionan y se agrupan, y por colisiones sucesivas, se forman partículas cada vez más grandes, granos y eventualmente cuerpos sólidos.
Pero tan pronto como dichos cuerpos alcancen un tamaño de aproximadamente un metro, arrastrarlos por el gas circundante del disco los hará migrar hacia adentro, hacia la estrella, en una escala de tiempo de 1000 años o menos. El tiempo necesario para tales cuerposrecolectar suficiente masa por colisiones sucesivas, eventualmente alcanzando un tamaño donde el arrastre de gas se convierte en una influencia insignificante, es mucho mayor que eso.
Sin estructura, sin planetas
Entonces, ¿cómo se pueden formar cuerpos mayores de aproximadamente un metro en primer lugar? Sin una buena explicación, no podríamos entender cómo los sistemas planetarios, incluido nuestro propio sistema solar, surgieron en primer lugar.
Existen varios mecanismos posibles que permitirían que las rocas primordiales crezcan más rápidamente, hasta que finalmente alcancen un tamaño en el que la atracción gravitacional mutua los forme en planetas de tamaño completo. "Las espirales observadas en Elias 2-27 son la primera evidencia directa de los choques de las ondas de densidad en espiral en un disco protoplanetario", dice Laura M. Pérez de MPIfR, el autor principal del artículo. "Muestran que las inestabilidades de densidadson posibles dentro del disco, lo que eventualmente puede conducir a fuertes inhomogeneidades del disco y una mayor formación de planetas ". Estas inestabilidades no se limitan a la escala de la formación de planetas. De hecho, el ejemplo más conocido son las ondas de densidad en las galaxias de disco, que creanespectaculares brazos espirales de galaxias espirales.
En regiones de mayor densidad, como las correspondientes a las ondas de densidad observadas, la formación de planetas podría avanzar mucho más rápido, tanto por la gravedad de esas regiones como por el espacio más confinado, lo que haría más probable la colisión de granos o rocas.de esta manera, se podría resolver el problema de cómo ir más allá de los objetos de tamaño metro o diez metros.
Por otro lado, los planetas que ya comenzaron a formarse dentro de un disco pueden lanzar ondas espirales en el disco a medida que orbitan sus estrellas anfitrionas. Distinguiendo esos dos roles de espiral y otras características: consecuencias de la formación de planetas o la causa deit? - requerirá una comprensión más profunda de tales características, lo que a su vez requiere imágenes de alta resolución que muestren detalles de estas estructuras.
Comprender la diversidad de los planetas
Thomas Henning, director del Instituto Max Planck de Astronomía MPIA y uno de los científicos involucrados, dice: "Durante años, no pudimos discernir detalles en los discos alrededor de estrellas jóvenes. Ahora los vemos en toda su bellezay diversidad, incluida la estructura espiral que acabamos de encontrar. Esto nos ayudará a mejorar nuestra comprensión de la formación de planetas ".
Hendrik Linz MPIA agrega: "En las últimas dos décadas, los astrónomos han encontrado una asombrosa variedad de exoplanetas. Para explicar esta variedad, necesitamos comprender las primeras fases de la formación del planeta - y las imágenes ALMA sorprendentemente detalladasnos ayudará con eso! "
Un ejemplo específico: los dos brazos espirales de barrido en Elías 2-27 se extienden a más de 10 mil millones de kilómetros de la estrella recién nacida, a una distancia mayor que la ubicación del Cinturón de Kuiper en nuestro Sistema Solar ". La presencia de densidad espiralLas ondas a estas distancias extremas pueden ayudar a explicar observaciones desconcertantes de planetas extrasolares en lugares lejanos similares ", señala Pérez," tales planetas no pueden formarse in situ bajo nuestra imagen estándar de la formación de planetas ".
observaciones de alta resolución
La joven estrella Elias 2-27 objetivo de las nuevas observaciones de ALMA es miembro de una región de formación estelar mucho más grande conocida como el complejo de formación estelar ρ-Ofiuco. Se estima que Elias 2-27 se formó hace aproximadamente un millón de añosHace poco tiempo, en comparación con la edad de nuestro Sol de 4.600 millones de años.
Ya se sabía que la estrella tenía un disco circunestelar, pero a juzgar por las observaciones anteriores en resoluciones que mostraban detalles en el rango de 0.6 ″ -1.1 ″ parecía un disco ejeimétrico sin características. Las nuevas observaciones de ALMA con una resolución espacialde 0.24 '' en el régimen de ondas milimétricas, a una longitud de onda de 1.3 milímetros. Trazan la emisión térmica de los granos de polvo, que pueden formar entre 1 y 10% en masa de discos protoplanetarios.
De esta manera, los astrónomos pudieron trazar un patrón espiral gigantesco a distancias entre aproximadamente 100 unidades astronómicas es decir, 100 veces la distancia promedio del Sol desde la Tierra y 300 unidades astronómicas lejos de la estrella central.con un planeta que ya se formó y ahora está orbitando dentro del disco es una explicación plausible para estas características en espiral.
ALMA detectó una banda estrecha en el disco con mucho menos polvo, pero un espacio tan pequeño no es consistente con el gran planeta necesario para crear los brazos espirales observados. Por otro lado, la propia gravedad del disco causa inestabilidades que pueden desencadenarformación del patrón en espiral. Teniendo en cuenta las estimaciones de la masa total del disco y la forma y simetría del patrón en espiral, los autores consideran que esta posibilidad también es probable.
A medida que las observaciones similares con ALMA se vuelven cada vez más comunes, y cada vez hay más imágenes detalladas que muestran estructuras no homogéneas en la densidad del disco, los astrónomos deberían poder investigar las propiedades de tales características, para finalmente definir su papel en el proceso de formación planetaria.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Astronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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