Detectan por primera vez un disco de formación de una luna en un exoplaneta


Utilizando el Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA), del que el Observatorio Europeo Austral (ESO) es socio, la comunidad astronómica ha detectado inequívocamente, y por primera vez, la presencia de un disco alrededor de un planeta fuera de nuestro Sistema Solar. Las observaciones arrojarán nueva luz sobre cómo se forman las lunas y los planetas en los sistemas estelares jóvenes.

«Nuestro trabajo presenta una clara detección de un disco en el que podrían estar formándose satélites», afirma Myriam Benisty, investigadora de la Universidad de Grenoble (Francia) y de la Universidad de Chile, quien ha liderado esta nueva investigación publicada hoy en The Astrophysical Journal Letters. «Nuestras observaciones con ALMA se obtuvieron a una resolución tan exquisita que pudimos identificar claramente que el disco está asociado con el planeta y pudimos restringir su tamaño por primera vez», añade.

El disco en cuestión, llamado disco circumplanetario, rodea al exoplaneta PDS 70c, uno de los dos planetas gigantes similares a Júpiter que orbitan a una estrella que se encuentra a casi 400 años luz de distancia. La comunidad astronómica ya había detectado antes indicios de la presencia de un disco «formador de lunas» alrededor de este exoplaneta, pero, como no podían distinguir claramente el disco de su entorno circundante, no han podido confirmar su detección hasta ahora.

Además, con la ayuda de ALMA, Benisty y su equipo descubrieron que el disco tiene aproximadamente el mismo diámetro que la distancia que hay entre nuestro Sol y la Tierra, y suficiente masa como para formar hasta tres satélites del tamaño de la Luna.

Pero los resultados no solo son clave para descubrir cómo surgen las lunas. «Estas nuevas observaciones también son extremadamente importantes para probar teorías sobre formación de planetas que no se han podido corroborar hasta ahora», afirma Jaehan Bae, investigador del Laboratorio de la Tierra y los Planetas de la Institución Carnegie para la Ciencia (EE.UU.) y uno de los autores del estudio.

Esta imagen, tomada con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) muestra el sistema PDS 70, ubicado a casi 400 años luz de distancia y aún en proceso de formación. El sistema cuenta con una estrella en su centro y al menos dos planetas orbitando alrededor de ella, PDS 70b (no visible en la imagen) y PDS 70c, rodeado por un disco circumplanetario (el punto a la derecha de la estrella). Los planetas han horadado un hueco en el disco circunestelar (la estructura en forma de anillo que domina la imagen) a medida que engullían material del propio disco, creciendo en tamaño. Durante este proceso, PDS 70c adquirió su propio disco circumplanetario, que contribuye al crecimiento del planeta y en el cual se pueden formar lunas. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Los planetas se forman en discos polvorientos alrededor de estrellas jóvenes, horadando huecos a medida que engullen el material de este disco circunestelar que les permite crecer. En este proceso, un planeta puede adquirir su propio disco circumplanetario, que contribuye al crecimiento del planeta regulando la cantidad de material que cae sobre él. Al mismo tiempo, el gas y el polvo del disco circumplanetario pueden unirse en cuerpos cada vez más grandes a través de múltiples colisiones, lo que finalmente conduce al nacimiento de lunas.

Esta imagen, tomada con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), muestra una vista de cerca del disco lunar que rodea a PDS 70c, un joven gigante gaseoso similar a Júpiter a casi 400 años luz de distancia. Vemos al planeta y su disco en la zona central, de frente, con el gran disco circunestelar en forma de anillo ocupando la mayor parte del lado derecho de la imagen. El polvoriento disco circumplanetario es tan grande como la distancia Sol-Tierra y tiene suficiente masa como para formar hasta tres satélites del tamaño de la Luna. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Pero la comunidad astronómica aún no entiende por completo los detalles de estos procesos. «En resumen, todavía no está claro cuándo, dónde y cómo se forman los planetas y las lunas», explica Stefano Facchini, investigador Fellow de ESO, también involucrado en la investigación.

«Hasta ahora se han encontrado más de 4000 exoplanetas, pero todos han sido detectados en sistemas maduros. PDS 70b y PDS 70c, que forman un sistema que recuerda al par Júpiter-Saturno, son los dos únicos exoplanetas detectados hasta ahora que aún están en proceso de formación», explica Miriam Keppler, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania) y una de las coautoras del estudio [1].

Esta colorida imagen muestra el cielo alrededor de la débil estrella enana naranja PDS 70 (en el centro de la imagen). La estrella azul brillante a la derecha es χ Centauri. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin

«Por lo tanto, este sistema nos ofrece una oportunidad única para observar y estudiar los procesos de formación de planetas y satélites», añade Facchini.

PDS 70b y PDS 70c, los dos planetas que componen el sistema, fueron descubiertos por primera vez utilizando el Very Large Telescope (VLT) de ESO en 2018 y 2019 respectivamente, y dada su naturaleza única se han observado con otros telescopios e instrumentos muchas veces desde entonces [2].

Este mapa muestra la constelación meridional de Centauro y destaca la mayoría de las estrellas que son visibles a simple vista en una noche despejada. La estrella enana PDS 70 está marcada con un círculo rojo. Crédito: ESO, IAU and Sky & Telescope

Ahora, las últimas observaciones de alta resolución de ALMA, han permitido a la comunidad astronómica obtener más información sobre el sistema. Además de confirmar la detección del disco circumplanetario alrededor de PDS 70c y estudiar su tamaño y masa, descubrieron que PDS 70b no muestra evidencia clara de tener este tipo de disco, lo que indica que PDS 70c consumió toda la materia polvorienta que se encontraba en su lugar de nacimiento.

El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Cerro Armazones, en el desierto chileno de Atacama proporcionará un conocimiento más profundo sobre este sistema planetario: «El ELT será clave para esta investigación ya que, con su resolución, mucho más alta, podremos mapear el sistema con gran detalle», declara el coautor Richard Teague, investigador del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (EE.UU.) En particular, mediante el uso del instrumento METIS(Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, instrumento para espectrografía e imagen en el infrarrojo medio del ELT), el equipo podrá observar los movimientos del gas que rodea a PDS 70c con el fin de obtener una imagen 3D completa del sistema.

Notas

[1] A pesar de la similitud con el par Júpiter-Saturno, hay que tener en cuenta que el disco alrededor de PDS 70c es aproximadamente 500 veces más grande que los anillos de Saturno.

[2] PDS 70b fue descubierto usando el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), mientras que PDS 70c fue detectado usando el instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer, explorador espectroscópico multi unidad) del VLT. El sistema de dos planetas también ha sido estudiado usando el instrumento X-shooter, también instalado en el VLT de ESO.

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