¿Cómo se forman los planetas? Un ‘bebé Júpiter’ a cientos de años luz de distancia ofrece nuevas pistas


¿Cómo se forman los planetas? Durante muchos años, los científicos pensaron que entendían este proceso al estudiar el único ejemplo al que teníamos acceso: nuestro propio Sistema Solar.

Sin embargo, el descubrimiento de planetas alrededor de estrellas distantes en la década de 1990 dejó claro que el panorama era mucho más complicado de lo que creíamos.

En una nueva investigación, hemos detectado un gigante gaseoso similar a Júpiter en el proceso de formación alrededor de una estrella a unos 500 años luz de la Tierra.

Este raro bebé de un planeta en proceso de formación, extrayendo materia de un vasto disco de polvo y gas que se arremolinaba alrededor de su sol, también infantil, ha abierto una ventana a los misterios que han desconcertado a los astrónomos durante años.

¿Un triunfo científico?

La investigación científica sobre los orígenes de la Tierra y los demás planetas de nuestro Sistema Solar comenzó a mediados del siglo XVIII.

Basándose en el trabajo del pensador sueco Emanuel Swedenborg, el famoso filósofo alemán Immanuel Kant propuso que el Sol y su pequeña familia planetaria crecieron a partir de una gran nube primordial giratoria; Kant lo denominó «Urnebel», nebulosa en alemán.

Esta idea fue refinada más tarde por el erudito francés Pierre Laplace, y desde entonces ha tenido muchas más adiciones y revisiones, pero los científicos modernos creen que básicamente estaba en el camino correcto. El descendiente moderno de la hipótesis de Kant, ahora completado con física detallada, puede explicar la mayoría de las características observadas de nuestro sistema solar.

Ahora podemos ejecutar simulaciones por computadora con todos los ajustes correctos, y surgirá una hermosa réplica digital de nuestro sistema solar. Tendrá los tipos correctos de planetas en las órbitas correctas funcionando en el orden de un reloj, al igual que la cosa real.

Este modelo es una síntesis triunfal de hilos de geología, química, física y astronomía, y parecía tener las bases cubiertas. Hasta que, es decir, los astrónomos lo confrontaron con planetas de fuera de nuestro sistema solar.

‘Nubes primordiales’ de polvo y gas que forman planetas, en la Nebulosa de Orión. CR O’Dell/Universidad Rice; NASA

Más allá del sistema solar

Cuando se descubrieron los primeros sistemas de planetas que orbitaban estrellas distantes a mediados de la década de 1990, hubo controversia y consternación inmediatas. Los nuevos planetas no encajaban en el modelo en absoluto: resultó que al resto del cosmos no le importaba mucho lo que sucedía aquí alrededor de nuestro pequeño sol.

Desde entonces, se ha ido dando cuenta de que puede haber diferentes caminos para formar un sistema planetario. Entre los miles de planetas que orbitan alrededor de otras estrellas que ahora pueblan nuestros catálogos, la familia de planetas de nuestro Sol incluso comienza a parecer un poco inusual.

A pesar de esto, uno de los componentes físicos más básicos de la maquinaria de construcción de planetas que creemos que es responsable de la formación de planetas gaseosos gigantes como Júpiter y Saturno ha resistido la prueba del tiempo: la idea de «acreción de núcleo».

La acumulación del núcleo comienza con los gases y los granos de polvo microscópicos que se cree que componen la nube primordial típica de Kant (que tiene la forma de un disco giratorio aplanado con la estrella infantil en el centro). Los granos de polvo se agrupan en granos sucesivamente más grandes, luego en guijarros, rocas y en una cascada hasta convertirse en planetas bebés o «planetesimales».

Cuando ese grupo crece lo suficiente, alcanza un punto de inflexión. La atracción gravitacional ahora ayuda al planeta embrionario a atraer rápidamente gas, polvo y otros grumos, despejando su camino orbital y tallando un espacio circular en el disco.

Es uno de los triunfos característicos de la astronomía moderna que ahora se ven y estudian en el cosmos exactamente los tipos de «huecos de disco» predichos por la teoría.

un gran crujido

Sin embargo, hay algunas cosas que la acumulación de núcleos no puede explicar. Se han visto planetas masivos orbitando lejos de sus estrellas anfitrionas, en los confines fríos y lejanos.

De acuerdo con la teoría de acreción del núcleo, tales planetas no deberían existir. Están demasiado lejos, donde las órbitas se mueven con demasiada lentitud para ejecutar el negocio de la construcción de planetas.

Se formuló un nuevo modelo de «colapso gravitacional» para explicar estos inesperados planetas distantes masivos. La idea básica es que si el disco primordial en sí tiene suficiente masa, todo puede volverse inestable y colapsar para formar planetas rápidamente en un gran crujido.

Esta nueva imagen parecía que podía explicar los planetas atípicos, pero dado que todos los ejemplos conocidos eran muy antiguos (generalmente miles de millones de años), esta teoría sigue siendo solo eso: una teoría. Hasta ahora.

Nace un planeta

El año pasado, nuestros colegas y nosotros detectamos un planeta masivo, aún en proceso de formación, alrededor de una estrella a unos 500 años luz de la Tierra.

Esta estrella, llamada AB Aurigae, se ha hecho famosa en los círculos astronómicos por el hermoso e intrincado disco espiral que la rodea.

Los cúmulos y ondas que se ven en este disco (y en otros similares) son consistentes con lo que uno podría ver si ocurriera un colapso gravitatorio. Pero hasta ahora, faltaba evidencia de un planeta en formación.

El disco alrededor de AB Aurigae. El planeta en formación es la mancha brillante en la parte inferior. Currie et al. / Astronomía de la naturaleza, proporcionado por el autor

Este planeta recién descubierto, denominado AB Aurigae b, está incrustado en un halo espeso y arremolinado de polvo y gas, en medio de las reveladoras espirales y ondas que significan un colapso gravitacional. El planeta está unas 93 veces más lejos de su estrella que la Tierra del Sol, muy lejos de la región en la que la teoría tradicional de acreción del núcleo podría explicar su formación.

Por lo tanto, este descubrimiento proporciona una fuerte evidencia para la teoría alternativa del colapso gravitacional.

El descubrimiento se realizó utilizando observaciones del Telescopio Subaru en Mauna Kea, Hawái, así como del Telescopio Espacial Hubble.

Impulsado por la energía del violento y rápido proceso de formación, el planeta está lo suficientemente caliente como para brillar (alrededor de 2000 ℃). Es este resplandor el que delata la presencia del planeta. Al mismo tiempo, el gas y el polvo que giran alrededor del planeta en formación se ven iluminados por la luz azulada de la estrella central de AB Aurigae.

Telescopios más grandes y mejores

Este nuevo descubrimiento proporciona una pieza crítica del rompecabezas de la formación de planetas, pero el caso no está cerrado.

A medida que nuestros telescopios se hacen más grandes y nuestros métodos de observación más avanzados, esperamos ver muchos más planetas en formación captados en todas las etapas de su desarrollo, así como planetas maduros completamente formados como la Tierra.

Y eventualmente, podemos esperar responder las grandes preguntas: ¿cómo se formó una gama tan extraña y diversa de sistemas planetarios en toda la galaxia, cuáles son las condiciones en estos nuevos mundos y cómo encaja nuestro pequeño Sistema Solar entre ellos? ?

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