Los planetas se forman en discos de gas y polvo, orbitando estrellas jóvenes. El MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS), dirigido por Thomas Henning del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania, tiene como objetivo establecer una muestra de disco representativa. Al explorar su química y propiedades físicas con MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST), la colaboración vincula esos discos con las propiedades de los planetas que potencialmente se forman allí.
En un nuevo estudio, un equipo de investigadores exploró las proximidades de una estrella de muy baja masa de 0,11 masas solares (conocida como ISO-ChaI 147), cuyos resultados aparecen en la revista Science.
JWST abre una nueva ventana a la química de los discos formadores de planetas
«Estas observaciones no son posibles desde la Tierra porque las emisiones de gases relevantes son absorbidas por su atmósfera», explicó el autor principal Aditya Arabhavi de la Universidad de Groningen en los Países Bajos.
«Anteriormente, sólo podíamos identificar la emisión de acetileno (C2H2) de este objeto. Sin embargo, la mayor sensibilidad del JWST y la resolución espectral de sus instrumentos nos permitieron detectar emisiones débiles de moléculas menos abundantes».
La colaboración MINDS encontró gas a temperaturas de alrededor de 300 Kelvin (aproximadamente 30 grados Celsius), fuertemente enriquecido con moléculas que contienen carbono pero que carecen de especies ricas en oxígeno. «Esto es profundamente diferente de la composición que vemos en los discos alrededor de estrellas de tipo solar, donde dominan las moléculas portadoras de oxígeno, como el agua y el dióxido de carbono», añadió Inga Kamp, miembro del equipo, de la Universidad de Groningen.
Un ejemplo sorprendente de disco rico en oxígeno es el del PDS 70, donde el programa MINDS encontró recientemente grandes cantidades de vapor de agua. Teniendo en cuenta observaciones anteriores, los astrónomos deducen que los discos alrededor de estrellas de muy baja masa evolucionan de manera diferente que aquellos alrededor de estrellas más masivas como el Sol, con posibles implicaciones para encontrar allí planetas rocosos con características similares a la Tierra.
Dado que los entornos en tales discos establecen las condiciones en las que se forman nuevos planetas, cualquiera de estos planetas puede ser rocoso pero muy diferente de la Tierra en otros aspectos.
¿Qué significa esto para los planetas rocosos que orbitan alrededor de estrellas de muy baja masa?
La cantidad de material y su distribución entre esos discos limita la cantidad y el tamaño de los planetas que el disco puede suministrar con el material necesario. En consecuencia, las observaciones indican que los planetas rocosos con tamaños similares a la Tierra se forman de manera más eficiente que los gigantes gaseosos similares a Júpiter en los discos alrededor de estrellas de muy baja masa, las estrellas más comunes del universo. Como resultado, las estrellas de muy baja masa albergan con diferencia la mayoría de los planetas terrestres.
«Muchas atmósferas primarias de esos planetas probablemente estarán dominadas por compuestos de hidrocarburos y no tanto por gases ricos en oxígeno como el agua y el dióxido de carbono», señaló Henning.
«En un estudio anterior demostramos que el transporte de gas rico en carbono a la zona donde normalmente se forman los planetas terrestres ocurre más rápido y es más eficiente en esos discos que en los de estrellas más masivas».
Aunque parece claro que los discos alrededor de estrellas de muy baja masa contienen más carbono que oxígeno, aún se desconoce el mecanismo de este desequilibrio. La composición del disco es el resultado del enriquecimiento de carbono o de la reducción de oxígeno. Si el carbono se enriquece, la causa probablemente son las partículas sólidas en el disco, cuyo carbono se vaporiza y se libera en el componente gaseoso del disco.
Los granos de polvo, despojados de su carbono original, acaban formando cuerpos planetarios rocosos. Esos planetas serían pobres en carbono, al igual que la Tierra. Aún así, la química basada en el carbono probablemente dominaría al menos sus atmósferas primarias proporcionadas por el gas del disco. Por lo tanto, es posible que las estrellas de muy baja masa no ofrezcan los mejores entornos para encontrar planetas similares a la Tierra.
JWST descubre una gran cantidad de moléculas orgánicas
Para identificar los gases del disco, el equipo utilizó el espectrógrafo de MIRI para descomponer la radiación infrarroja recibida del disco en firmas de pequeños rangos de longitud de onda, similar a la luz solar dividida en un arco iris. De esta manera, el equipo aisló una gran cantidad de firmas individuales atribuidas a varias moléculas.
Como resultado, el disco observado contiene la química de hidrocarburos más rica vista hasta la fecha en un disco protoplanetario, que consta de 13 moléculas que contienen carbono hasta benceno (C6H6). Incluyen la primera detección extrasolar de etano (C2H6), el hidrocarburo completamente saturado más grande detectado fuera del sistema solar.
El equipo también detectó con éxito etileno (C2H4), propino (C3H4) y el radical metilo CH3 por primera vez en un disco protoplanetario. Por el contrario, los datos no contenían ningún indicio de agua o monóxido de carbono en el disco.
Mejorando la visión de los discos alrededor de estrellas de muy baja masa
A continuación, el equipo científico pretende ampliar su estudio a una muestra más grande de estos discos alrededor de estrellas de muy baja masa para desarrollar su comprensión de cuán comunes son estas regiones exóticas de formación de planetas terrestres ricas en carbono.
«Ampliar nuestro estudio también nos permitirá comprender mejor cómo se pueden formar estas moléculas», explicó Henning. «Varias características de los datos aún no están identificadas, lo que justifica una espectroscopia adicional para interpretar nuestras observaciones completamente».
Con información de Science
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