Un equipo de científicos que utilizó el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ALMA para estudiar la joven estrella Elias 2-27 ha confirmado que las inestabilidades gravitacionales juegan un papel clave en la formación de planetas y por primera vez han medido directamente la masa dediscos protoplanetarios que utilizan datos de la velocidad del gas, lo que potencialmente desvela uno de los misterios de la formación de planetas. Los resultados de la investigación se publican hoy en dos artículos en The Revista astrofísica .
Los discos protoplanetarios, discos formadores de planetas hechos de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes recién formadas, son conocidos por los científicos como el lugar de nacimiento de los planetas. Sin embargo, el proceso exacto de formación de los planetas sigue siendo un misterio. La nueva investigación, dirigida por Teresa Paneque-Carreño, recién graduada de la Universidad de Chile y estudiante de doctorado en la Universidad de Leiden y el Observatorio Europeo Austral, y autora principal del primero de los dos artículos, se centra en desvelar el misterio deformación de planetas.
Durante las observaciones, los científicos confirmaron que el sistema estelar Elias 2-27, una estrella joven ubicada a menos de 400 años luz de la Tierra en la constelación de Ophiuchus, exhibía evidencia de inestabilidades gravitacionales que ocurren cuando los discos de formación de planetas llevanuna gran fracción de la masa estelar del sistema. "Cómo se forman exactamente los planetas es una de las principales preguntas en nuestro campo. Sin embargo, hay algunos mecanismos clave que creemos que pueden acelerar el proceso de formación de planetas", dijo Paneque-Carreño.encontró evidencia directa de inestabilidades gravitacionales en Elías 2-27, lo cual es muy emocionante porque esta es la primera vez que podemos mostrar pruebas cinemáticas y de longitudes de onda múltiples de que un sistema es gravitacionalmente inestable. Elias 2-27 es el primer sistema que verifica todosde las cajas. "
Las características únicas de Elias 2-27 lo han hecho popular entre los científicos de ALMA durante más de media década. En 2016, un equipo de científicos que utilizó ALMA descubrió un molinillo de polvo que giraba alrededor de la estrella joven. Se creía que las espirales eran el resultadode ondas de densidad, comúnmente conocidas por producir los brazos reconocibles de las galaxias espirales, como la Vía Láctea, pero en ese momento, nunca antes se habían visto alrededor de estrellas individuales.
"Descubrimos en 2016 que el disco Elias 2-27 tenía una estructura diferente a otros sistemas ya estudiados, algo que antes no se observaba en un disco protoplanetario: dos brazos espirales a gran escala. Las inestabilidades gravitacionales eran una fuerte posibilidad, pero el origende estas estructuras seguía siendo un misterio y necesitábamos más observaciones ", dijo Laura Pérez, profesora asistente de la Universidad de Chile e investigadora principal del estudio de 2016. Junto con colaboradores, propuso más observaciones en múltiples bandas de ALMA que se analizaron con Paneque-Carreño como parte de su tesis de maestría en la Universidad de Chile.
Además de confirmar las inestabilidades gravitacionales, los científicos encontraron perturbaciones - o alteraciones - en el sistema estelar más allá de las expectativas teóricas. "Todavía puede haber nuevo material de la nube molecular circundante cayendo sobre el disco, lo que hace que todo sea más caótico.", dijo Paneque-Carreño, y agregó que este caos ha contribuido a fenómenos interesantes que nunca antes se habían observado, y para los cuales los científicos no tienen una explicación clara." El sistema estelar Elías 2-27 es altamente asimétrico en la estructura del gas.completamente inesperado, y es la primera vez que observamos tal asimetría vertical en un disco protoplanetario ".
Cassandra Hall, profesora asistente de astrofísica computacional en la Universidad de Georgia y coautora de la investigación, agregó que la confirmación de la asimetría vertical y las perturbaciones de velocidad, las primeras perturbaciones a gran escala vinculadas a la estructura en espiral en undisco protoplanetario - podría tener implicaciones significativas para la teoría de la formación de planetas ". Esto podría ser una 'pistola humeante' de inestabilidad gravitacional, que puede acelerar algunas de las primeras etapas de formación de planetas.desde el punto de vista de la astrofísica, es emocionante tener razón ".
Paneque-Carreño agregó que si bien la nueva investigación ha confirmado algunas teorías, también ha planteado nuevas preguntas. "Si bien ahora se pueden confirmar las inestabilidades gravitacionales para explicar las estructuras espirales en el continuo de polvo que rodea a la estrella, también hay una brecha interna"., o falta material en el disco, para lo cual no tenemos una explicación clara ".
Una de las barreras para comprender la formación de planetas fue la falta de medición directa de la masa de los discos de formación de planetas, un problema abordado en la nueva investigación. La alta sensibilidad de la Banda 6 de ALMA, junto con las Bandas 3 y 7, permitió queequipo para estudiar más de cerca los procesos dinámicos, la densidad e incluso la masa del disco ". Las mediciones anteriores de la masa del disco protoplanetario eran indirectas y se basaban solo en polvo o isotopólogos raros. Con este nuevo estudio, ahora somos sensibles a toda la masadel disco ", dijo Benedetta Veronesi, estudiante de posgrado en la Universidad de Milán e investigadora postdoctoral en la École normale supérieure de Lyon, y autora principal del segundo artículo." Este hallazgo sienta las bases para el desarrollo de un método paramedir la masa del disco que nos permitirá derribar una de las barreras más grandes y apremiantes en el campo de la formación de planetas. Conocer la cantidad de masa presente en los discos de formación de planetas nos permite determinar la cantidad de mamaterial disponible para la formación de sistemas planetarios, y para comprender mejor el proceso por el cual se forman ".
Aunque el equipo ha respondido una serie de preguntas clave sobre el papel de la inestabilidad gravitacional y la masa del disco en la formación de planetas, el trabajo aún no está terminado ". Estudiar cómo se forman los planetas es difícil porque se necesitan millones de años para formar planetas.es una escala de tiempo muy corta para las estrellas, que viven miles de millones de años, pero un proceso muy largo para nosotros ”, dijo Paneque-Carreño.“ Lo que podemos hacer es observar estrellas jóvenes, con discos de gas y polvo alrededor de ellas.y tratar de explicar por qué estos discos de material tienen el aspecto que tienen. Es como mirar la escena de un crimen y tratar de adivinar qué sucedió. Nuestro análisis de observación, junto con un análisis en profundidad futuro de Elías 2-27, nos permitirá caracterizarexactamente cómo actúan las inestabilidades gravitacionales en los discos de formación de planetas, y obtener más información sobre cómo se forman los planetas ".
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