Observan tres anillos de hierro en un disco de formación de planetas

El origen de la Tierra y del sistema solar inspira tanto a los científicos como al público en general. Al estudiar el estado actual de nuestro planeta y de otros objetos del sistema solar, los investigadores han desarrollado una imagen detallada de las condiciones cuando evolucionaron a partir de un disco hecho de polvo y gas que rodeaba al Sol naciente hace unos 4.500 millones de años.

Con los impresionantes avances realizados en la investigación de la formación de estrellas y planetas dirigidos a objetos celestes lejanos, ahora podemos investigar las condiciones en los entornos alrededor de estrellas jóvenes y compararlas con las derivadas del sistema solar primitivo. Utilizando el interferómetro del Very Large Telescope (VLTI) del Observatorio Europeo Austral (ESO), un equipo internacional de investigadores dirigido por József Varga del Observatorio Konkoly en Budapest, Hungría, hizo precisamente eso. Observaron el disco de formación de planetas de la joven estrella HD 144432, a unos 500 años luz de distancia.

«Al estudiar la distribución del polvo en la región más interna del disco, detectamos por primera vez una estructura compleja en la que el polvo se acumula en tres anillos concéntricos en un entorno de este tipo», afirma Roy van Boekel. Es científico del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania, y coautor del artículo de investigación subyacente que aparecerá en la revista Astronomy & Astrophysics.

«Esa región corresponde a la zona donde se formaron los planetas rocosos en el sistema solar», añade van Boekel. En comparación con el sistema solar, el primer anillo alrededor de HD 144432 se encuentra dentro de la órbita de Mercurio y el segundo está cerca de la trayectoria de Marte. Además, el tercer anillo corresponde aproximadamente a la órbita de Júpiter.

Hasta ahora, los astrónomos han encontrado tales configuraciones predominantemente en escalas más grandes, correspondientes a los reinos más allá de donde Saturno gira alrededor del sol. Los sistemas de anillos en los discos alrededor de estrellas jóvenes generalmente apuntan a la formación de planetas dentro de los espacios a medida que acumulan polvo y gas en su camino.

Sin embargo, HD 144432 es el primer ejemplo de un sistema de anillos tan complejo tan cerca de su estrella anfitriona. Ocurre en una zona rica en polvo, la piedra angular de planetas rocosos como la Tierra. Suponiendo que los anillos indican la presencia de dos planetas formándose dentro de los huecos, los astrónomos estimaron que sus masas se parecían aproximadamente a las de Júpiter.

Las condiciones pueden ser similares a las del sistema solar primitivo.

Los astrónomos determinaron la composición del polvo a lo largo del disco hasta una separación de la estrella central que corresponde a la distancia de Júpiter al Sol. Lo que encontraron es muy familiar para los científicos que estudian la Tierra y los planetas rocosos del sistema solar: varios silicatos (compuestos de metal, silicio y oxígeno) y otros minerales presentes en la corteza y el manto de la Tierra, y posiblemente hierro metálico como el que está presente en Mercurio y la Tierra. núcleos. De confirmarse, este estudio sería el primero en descubrir hierro en un disco de formación de planetas.

«Hasta ahora los astrónomos han explicado las observaciones de discos de polvo con una mezcla de carbono y polvo de silicato, materiales que vemos en casi todas partes del universo», explica van Boekel. Sin embargo, desde el punto de vista químico, para las zonas internas calientes del disco es más plausible una mezcla de hierro y silicato.

De hecho, el modelo químico que Varga, el autor principal del artículo de investigación subyacente, aplicó a los datos arroja resultados que se ajustan mejor al introducir hierro en lugar de carbono.

Además, el polvo observado en el disco HD 144432 puede alcanzar temperaturas de hasta 1800 Kelvin (aproximadamente 1500 grados Celsius) en el borde interior y temperaturas moderadas de hasta 300 Kelvin (aproximadamente 25 grados Celsius) en el exterior. Los minerales y el hierro se funden y se recondensan, a menudo en forma de cristales, en las regiones calientes cercanas a la estrella.

A su vez, los granos de carbono no sobrevivirían al calor y, en cambio, estarían presentes como monóxido de carbono o dióxido de carbono. Sin embargo, el carbono todavía puede ser un componente importante de las partículas sólidas en el frío disco exterior, algo que las observaciones realizadas para este estudio no pueden rastrear.

El polvo rico en hierro y pobre en carbono también encajaría bien con las condiciones del sistema solar. Mercurio y la Tierra son planetas ricos en hierro, mientras que la Tierra contiene relativamente poco carbono. «Creemos que el disco HD 144432 puede ser muy similar al sistema solar primitivo que proporcionó mucho hierro a los planetas rocosos que conocemos hoy», dice van Boekel. «Nuestro estudio puede ser otro ejemplo que muestra que la composición de nuestro sistema solar puede ser bastante típica».

La interferometría resuelve pequeños detalles

Recuperar los resultados sólo fue posible con observaciones de resolución excepcionalmente alta, como las proporcionadas por el VLTI. Combinando los cuatro telescopios VLT de 8,2 metros en el Observatorio Paranal de ESO, pueden resolver detalles como si los astrónomos emplearan un telescopio con un espejo primario de 200 metros de diámetro. Varga, van Boekel y sus colaboradores obtuvieron datos utilizando tres instrumentos para lograr una amplia cobertura de longitud de onda que oscila entre 1,6 y 13 micrómetros, lo que representa la luz infrarroja.

MPIA proporcionó elementos tecnológicos vitales para dos dispositivos, GRAVITY y el experimento espectroscópico de infrarrojo medio de apertura múltiple (MATISSE). Uno de los objetivos principales de MATISSE es investigar las zonas rocosas de los discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes. «Al observar las regiones internas de los discos protoplanetarios alrededor de las estrellas, pretendemos explorar el origen de los diversos minerales contenidos en el disco, minerales que más tarde formarán los componentes sólidos de planetas como la Tierra», dice Thomas Henning, director del MPIA y co-PI del instrumento MATISSE.

Sin embargo, producir imágenes con un interferómetro como las que estamos acostumbrados a obtener con telescopios individuales no es sencillo y requiere mucho tiempo. Un uso más eficiente del valioso tiempo de observación para descifrar la estructura del objeto es comparar los escasos datos con modelos de posibles configuraciones de objetivos. En el caso del disco HD 144432, una estructura de tres anillos representa mejor los datos.

¿Qué tan comunes son los discos formadores de planetas estructurados y ricos en hierro?
Además del sistema solar, HD 144432 parece ser otro ejemplo de planetas que se forman en un entorno rico en hierro. Sin embargo, los astrónomos no se quedarán ahí.

«Todavía tenemos algunos candidatos prometedores a la espera de que el VLTI los examine más de cerca», señala van Boekel. En observaciones anteriores, el equipo descubrió una serie de discos alrededor de estrellas jóvenes que indican configuraciones que vale la pena revisar. Sin embargo, revelarán su estructura y química detalladas utilizando la última instrumentación del VLTI. Con el tiempo, los astrónomos podrán aclarar si los planetas comúnmente se forman en discos de polvo ricos en hierro cerca de sus estrellas madre.

Con información de Astronomy & Astrophysics