Las representaciones de la Vía Láctea muestran un patrón enrollado de “brazos” en espiral llenos de estrellas que se extienden hacia afuera desde el centro. Se han observado patrones similares en las nubes arremolinadas de gas y polvo que rodean algunas estrellas jóvenes, sistemas planetarios en formación.
Estos llamados discos protoplanetarios, que son los lugares de nacimiento de los planetas jóvenes, son de interés para los científicos porque ofrecen vislumbres de cómo pudo haber sido el sistema solar en su infancia y cómo se formaron los planetas en general. Los científicos han pensado durante mucho tiempo que los brazos espirales en estos discos podrían ser causados por planetas nacientes, pero hasta ahora no se había detectado ninguno.
En un artículo publicado en Nature Astronomy, investigadores de la Universidad de Arizona informan del descubrimiento de un exoplaneta gigante, denominado MWC 758c, que puede estar generando los brazos espirales en su sistema planetario infantil. Los astrónomos también proponen posibilidades de por qué los científicos han tenido problemas para encontrar este planeta en el pasado, así como también cómo sus métodos pueden aplicarse para detectar otros planetas ocultos en circunstancias similares.
“Nuestro estudio presenta una evidencia sólida de que estos brazos espirales son causados por planetas gigantes”, dijo Kevin Wagner, autor principal del artículo e investigador postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. “Y con el nuevo telescopio espacial James Webb, podremos seguir probando y apoyando esta idea mediante la búsqueda de más planetas como MWC 758c”.
La estrella del planeta se encuentra a unos 500 años luz de la Tierra y tiene solo unos pocos millones de años: un embrión en comparación con nuestro propio sol de 4.600 millones de años. Por lo tanto, el sistema todavía tiene un disco protoplanetario, ya que se necesitan alrededor de 10 millones de años para que los desechos en círculos sean expulsados del sistema, ingeridos por la estrella o formados en planetas, lunas, asteroides y cometas. El prominente patrón en espiral en los escombros de este sistema se descubrió por primera vez en 2013, y los astrónomos se apresuraron a señalar la conexión con las simulaciones teóricas de la formación de planetas gigantes.
“Pienso en este sistema como una analogía de cómo nuestro propio sistema solar habría aparecido en menos del 1% de su vida útil”, dijo Wagner. “Júpiter, al ser un planeta gigante, probablemente también interactuó y esculpió gravitacionalmente nuestro propio disco hace miles de millones de años, lo que eventualmente condujo a la formación de la Tierra”.
Los astrónomos han obtenido imágenes de la mayoría de los discos protoplanetarios en sistemas estelares que son visibles con los telescopios actuales. De unos 30 discos identificados, alrededor de un tercio presenta brazos en espiral: remolinos prominentes dentro de las partículas de gas y polvo del disco.
“Los brazos en espiral pueden proporcionar información sobre el proceso de formación de planetas en sí”, dijo Wagner. “Nuestra observación de este nuevo planeta respalda aún más la idea de que los planetas gigantes se forman desde el principio, acumulando masa desde su entorno de nacimiento, y luego alteran gravitacionalmente el entorno posterior para que se formen otros planetas más pequeños”.
Los brazos espirales se generan debido a la atracción gravitacional del compañero en órbita sobre el material que orbita alrededor de la estrella. En otras palabras, se esperaba que la presencia de un compañero masivo, como un planeta gigante, desencadenara el patrón en espiral en el disco. Sin embargo, los intentos anteriores de detectar el planeta responsable han resultado vacíos, hasta ahora.
“Era una pregunta abierta sobre por qué no habíamos visto ninguno de estos planetas todavía”, dijo Wagner. “La mayoría de los modelos de formación de planetas sugieren que los planetas gigantes deberían ser muy brillantes poco después de su formación, y tales planetas ya deberían haber sido detectados”.
Los investigadores finalmente pudieron detectar MWC 758c utilizando el Interferómetro del Gran Telescopio Binocular, o LBTI, un instrumento construido en UArizona que conecta los dos espejos primarios del telescopio de 8,4 metros que pueden observar en longitudes de onda más largas en el rango infrarrojo medio, a diferencia de la mayoría de los otros instrumentos utilizados para observar exoplanetas en longitudes de onda más cortas o más azules. Según Steve Ertel, coautor del artículo y científico principal del instrumento LBTI, el instrumento tiene una cámara que puede detectar luz infrarroja de manera similar al Telescopio Espacial James Webb de la NASA, o JWST.
Aunque se estima que el exoplaneta tiene al menos el doble de la masa de Júpiter, era invisible para otros telescopios debido a su inesperado color rojo, el planeta “más rojo” jamás descubierto, dijo Ertel. Las longitudes de onda más largas y rojas son más difíciles de detectar que las longitudes de onda más cortas debido al resplandor térmico de la atmósfera terrestre y al propio telescopio. El LBTI se encuentra entre los telescopios infrarrojos más sensibles construidos hasta ahora y, debido a su mayor tamaño, puede incluso superar al JWST para detectar planetas muy cerca de sus estrellas, como MWC 758c.
“Proponemos dos modelos diferentes de por qué este planeta es más brillante en longitudes de onda más largas”, dijo Ertel. “O este es un planeta con una temperatura más fría de lo esperado, o es un planeta que todavía está caliente por su formación, y está envuelto en polvo”.
“Si hay mucho polvo alrededor de este planeta, el polvo absorberá longitudes de onda más cortas o luz más azul, haciendo que el planeta parezca brillante solo en longitudes de onda más largas y rojas”, dijo la coautora Kaitlin Kratter, astrofísica teórica de UArizona. “En el otro escenario de un planeta más frío rodeado de menos polvo, el planeta es más débil y emite más luz en longitudes de onda más largas”.
Wagner dijo que grandes cantidades de polvo en las cercanías del planeta pueden indicar que el planeta todavía se está formando y que podría estar en proceso de generar un sistema de lunas como las lunas jovianas alrededor de Júpiter. Por otro lado, si el planeta sigue el modelo más frío, podría estar sucediendo algo en estos primeros sistemas estelares que hace que los planetas se formen más fríos de lo esperado, lo que lleva a los científicos planetarios a revisar sus modelos de formación de planetas y estrategias de detección de exoplanetas.
“En cualquier caso, ahora sabemos que debemos comenzar a buscar protoplanetas más rojos en estos sistemas que tienen brazos en espiral”, dijo Wagner.
Los astrónomos anticipan que una vez que observen el exoplaneta gigante con el telescopio espacial James Webb, podrán tomar una decisión sobre cuál de los dos escenarios se está desarrollando en el sistema infantil. Se le ha otorgado tiempo al equipo para usar JWST a principios de 2024 para completar estas observaciones.
“Dependiendo de los resultados que provengan de las observaciones del JWST, podemos comenzar a aplicar este nuevo conocimiento a otros sistemas estelares”, dijo Wagner, “y eso nos permitirá hacer predicciones sobre dónde podrían estar al acecho otros planetas ocultos y nos dará una idea de qué propiedades deberíamos estar buscando para detectarlas”.
Con información de Nature
