El cO2 es abundante en las nebulosas, pero luego desaparece cuando se forman los planetas. ¡Ahora sabemos a dónde va!


Los discos protoplanetarios, esos viveros alrededor de estrellas jóvenes donde se forman los planetas, están llenos de gas y polvo. En particular, muchos muestran mucho gas monóxido de carbono. Es un «trazador» útil para estimar la masa de una nube, su composición e incluso su temperatura. También es fácil de observar. Sin embargo, los astrónomos creen que debería haber más de lo que están observando en muchos discos. Y eso provocó una pregunta: ¿dónde está el resto?

Este ha sido un problema para los astrónomos durante la última década más o menos. Algo no ha estado encajando cuando se trata de observaciones de monóxido de carbono en discos protoplanetarios, según Diana Powell, becaria Hubble de la NASA en el Centro de Astrofísica-Harvard & Smithsonian. Parece que falta un trozo enorme. “Este puede ser uno de los mayores problemas sin resolver en los discos de formación de planetas”, dijo. “Dependiendo del sistema observado, el monóxido de carbono es de tres a 100 veces menor de lo que debería ser; está apagado por una cantidad realmente enorme “.

Concepción artística del hielo de monóxido de carbono nucleando en partículas de hielo en un disco protoplanetario. Crédito M.Weiss/Centro de Astrofísica | Harvard y Smithsonian

Resolviendo un misterio de monóxido de carbono

¿Es esto una inexactitud en la medición o está sucediendo algo más? Es importante para los astrónomos y para el campo de la astroquímica, lo suficiente como para que Powell decidiera resolverlo. Si se trata de un problema de medición inexacta, eso podría cambiar la comprensión de los discos por parte de los astrónomos, señala. “Esto podría significar que muchos de nuestros resultados para los discos han sido sesgados e inciertos porque no entendemos el compuesto lo suficientemente bien”, dijo.

Una posible respuesta al misterio del monóxido de carbono faltante son los «cambios de fase». Ahí es cuando la materia se transforma de un estado a otro, como un gas que se convierte en sólido, o un líquido que se convierte en vapor. ¿Podría el monóxido de carbono en algunas nubes estar cambiando de fase? ¿Y cómo y cuándo sucedería eso en una nebulosa protoplanetaria?

Para responder a esas preguntas, Powell modificó un modelo astrofísico que los científicos usan para estudiar las nubes en los exoplanetas. Tiene en cuenta la física detallada de cómo se forma el hielo en las partículas, explicó Powell. “Entonces, cómo el hielo se nuclea en pequeñas partículas 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».

Creación de un nuevo modelo

El siguiente paso fue tomar el modelo adaptado y aplicarlo para simular condiciones en discos planetarios. La idea de Powell era ver cómo cambia el monóxido de carbono con el tiempo en las nubes formadoras de planetas ricas en gas y polvo. Luego comparó los resultados del modelo adaptado con observaciones reales de los discos TW Hya, HD 163296, DM Tau e IM Lup realizadas por Atacama Large Millimeter Array en Chile. Los resultados y el modelo estuvieron de acuerdo. Powell pudo demostrar que a los cuatro discos no les faltaba nada de monóxido de carbono. De hecho, todo sigue ahí. Simplemente se transformó de un estado gaseoso (detectable con observatorios como ALMA) a hielo, no detectable con un telescopio. De hecho, el nuevo modelo muestra que el monóxido de carbono se forma en grandes partículas de hielo en una nebulosa protoplanetaria.

Entonces, ahora los astrónomos tienen una nueva forma de pensar sobre el CO en las nubes que forman planetas. Además de todas las demás características que traza el monóxido de carbono, brinda una forma práctica de estimar la edad de una nube. La nucleación de monóxido de carbono en partículas de hielo que ya están en la nube comienza alrededor de un millón de años después de la fase de formación de planetas. Si un disco muestra mucho monóxido de carbono, es bastante joven, menos de un millón de años. Eso es porque todo su monóxido de carbono está en estado gaseoso. Si un disco no muestra mucho monóxido de carbono, es probable que tenga más de un millón de años. Su monóxido de carbono se congeló en trozos de hielo.

“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».

Próximos pasos

Ahora que JWST está en línea, ¿podría usarse para observar viveros planetarios específicos? Si es así, eso podría ayudar a validar aún más el modelo de Powell. Resulta que JWST posiblemente podría tener la capacidad espectral para observar hielo en estos discos. Si es así, usarlo para aplicar aún más la física de los cambios de fase para comprender los discos protoplanetarios será (juego de palabras) realmente genial.

Con información de UniverseToday.com

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