Los astrónomos resolvieron espeluznante caso acerca de la formación planetaria


Los astrónomos observan con frecuencia monóxido de carbono en viveros planetarios. El compuesto es ultrabrillante y extremadamente común en los discos protoplanetarios, regiones de polvo y gas donde los planetas se forman alrededor de estrellas jóvenes, lo que lo convierte en un objetivo principal para los científicos.

Pero durante la última década más o menos, algo no ha funcionado en lo que respecta a las observaciones de monóxido de carbono, dice Diana Powell, becaria del Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica de Harvard y Smithsonian.

Ilustración artística de un disco planetario, una región de polvo y gas donde se forman los planetas. El inserto de acercamiento muestra las moléculas de monóxido de carbono en la fase de hielo. Crédito: M.Weiss/Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

Falta una gran cantidad de monóxido de carbono en todas las observaciones de los discos, si las predicciones actuales de los astrónomos sobre su abundancia son correctas.

Ahora, un nuevo modelo, validado por observaciones con ALMA, ha resuelto el misterio: el monóxido de carbono se ha estado escondiendo en formaciones de hielo dentro de los discos. Los hallazgos se describen hoy en la revista Nature Astronomy.

«Este puede ser uno de los mayores problemas sin resolver en los discos de formación de planetas», dice Powell, quien dirigió el estudio. «Dependiendo del sistema observado, el monóxido de carbono es de tres a 100 veces menor de lo que debería ser; está errado en una cantidad realmente enorme».

Y las imprecisiones del monóxido de carbono podrían tener enormes implicaciones para el campo de la astroquímica.

«El monóxido de carbono se usa esencialmente para rastrear todo lo que sabemos sobre los discos, como la masa, la composición y la temperatura», explica Powell. «Esto podría significar que muchos de nuestros resultados para los discos han sido sesgados e inciertos porque no entendemos el compuesto lo suficientemente bien».

Intrigada por el misterio, Powell se puso su sombrero de detective y se apoyó en su experiencia en la física detrás de los cambios de fase, cuando la materia se transforma de un estado a otro, como un gas que se convierte en sólido.

Siguiendo una corazonada, Powell modificó un modelo astrofísico que actualmente se usa para estudiar nubes en exoplanetas o planetas más allá de nuestro sistema solar.

«Lo que es realmente especial acerca de este modelo es que tiene una física detallada de cómo se forma el hielo en las partículas», explica. «Entonces, cómo el hielo se nuclea en partículas pequeñas y luego cómo se condensa. El modelo rastrea cuidadosamente dónde está el hielo, en qué partícula se encuentra, qué tan grandes son las partículas, qué tan pequeñas son y luego cómo se mueven».

Powell aplicó el modelo adaptado a los discos planetarios, con la esperanza de generar una comprensión profunda de cómo evoluciona el monóxido de carbono con el tiempo en los viveros planetarios. Para probar la validez del modelo, Powell comparó su resultado con observaciones reales de ALMA de monóxido de carbono en cuatro discos bien estudiados: TW Hya, HD 163296, DM Tau e IM Lup.

Los resultados y los modelos funcionaron muy bien, dice Powell.

El nuevo modelo se alineó con cada una de las observaciones, mostrando que a los cuatro discos en realidad no les faltaba monóxido de carbono en absoluto, simplemente se había transformado en hielo, que actualmente es indetectable con un telescopio.

Los observatorios de radio como ALMA permiten a los astrónomos observar el monóxido de carbono en el espacio en su fase gaseosa, pero el hielo es mucho más difícil de detectar con la tecnología actual, especialmente las grandes formaciones de hielo, dice Powell.

El modelo muestra que, a diferencia del pensamiento anterior, el monóxido de carbono se forma en grandes partículas de hielo, especialmente después de un millón de años. Antes de un millón de años, el monóxido de carbono gaseoso es abundante y detectable en los discos.

«Esto cambia la forma en que pensábamos que el hielo y el gas se distribuían en discos», dice Powell. «También muestra que el modelado detallado como este es importante para comprender los fundamentos de estos entornos».

Powell espera que su modelo pueda validarse aún más utilizando observaciones con el Telescopio Webb de la NASA, que puede ser lo suficientemente potente como para finalmente detectar hielo en los discos, pero eso aún está por verse.

Powell, a quien le encantan los cambios de fase y los complicados procesos detrás de ellos, dice que está asombrada por su influencia. «La física de la formación de hielo a pequeña escala influye en la formación y evolución del disco, ahora eso es realmente genial».

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