Las imágenes de la Vía Láctea muestran un patrón giratorio de «brazos» en espiral llenos de estrellas que se extienden hacia afuera desde el centro. Se han observado patrones similares en remolinos de nubes de gas y polvo que rodean algunas estrellas jóvenes, sistemas planetarios en proceso de formación.
Estos llamados discos protoplanetarios, que son el lugar de nacimiento de los planetas jóvenes, son de interés para los científicos porque brindan vislumbres de cómo podría haber sido el sistema solar en ciernes y cómo podrían haberse formado los planetas en general. Los científicos han pensado durante mucho tiempo que los brazos espirales en estos discos podrían ser causados por planetas nacientes, sin embargo, aún no se ha descubierto ninguno.
En un artículo publicado en astronomía naturalInvestigadores de la Universidad de Arizona informan del descubrimiento de un exoplaneta gigante, llamado MWC 758c, que puede generar los brazos espirales del sistema planetario infantil. Los astrónomos también sugieren posibilidades sobre por qué los científicos han tenido problemas para encontrar este planeta en el pasado, así como también cómo sus métodos podrían aplicarse para descubrir otros planetas ocultos en circunstancias similares.
«Nuestro estudio proporciona una fuerte evidencia 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 hacer más pruebas y respaldar esta idea buscando 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 Sol, que tiene 4.600 millones de años. Por lo tanto, el sistema todavía contiene un disco protoplanetario, ya que se necesitan alrededor de 10 millones de años para que los desechos circulares sean expulsados del sistema, devorados por la estrella o formados en planetas, lunas, asteroides y cometas. El prominente patrón en espiral estaba en los restos de este sistema. Descubrí por primera vez En 2013, los astrónomos se apresuraron a señalar la conexión con simulaciones teóricas de la formación de planetas gigantes.
«Creo que este sistema es una analogía de cómo se ve nuestro sistema solar con menos del 1% de su vida útil», dijo Wagner. «Júpiter, al ser un planeta gigante, probablemente también interactuó con nuestro disco y fue esculpido por su gravedad hace miles de millones de años, lo que finalmente condujo a la formación de la Tierra».
La mayoría de los discos protoplanetarios han sido fotografiados por astrónomos en sistemas estelares que se pueden ver con los telescopios actuales. Entre unas 30 tabletas específicas, alrededor de un tercio Los brazos espirales son característicos: vórtices que sobresalen del interior del disco y las partículas de polvo.
«Los brazos espirales pueden proporcionar información sobre el proceso de formación de planetas en sí», dijo Wagner. «Nuestras observaciones de este nuevo planeta respaldan la idea de que los planetas gigantes se forman temprano, acumulando masa de su entorno de nacimiento, y luego la gravedad altera el entorno posterior para que se formen otros planetas más pequeños».
Los brazos espirales son generados por la atracción gravitatoria del compañero sobre la materia que orbita alrededor de la estrella. En otras palabras, se habría esperado que la presencia de un compañero masivo, como un planeta gigante, desencadenara el patrón en espiral en el disco. pero, intentos anteriores para detectar el planeta responsable de ello mediodía vacío-hasta ahora.
«Era una pregunta abierta sobre por qué no hemos visto ninguno de estos planetas todavía», dijo Wagner. «La mayoría de los modelos de formación de planetas indican que los planetas gigantes deben haber sido muy brillantes poco después de su formación, y estos planetas ya deben haber sido detectados».
Los investigadores finalmente pudieron detectar MWC 758c utilizando el interferómetro de ojos grandes, o LBTI, un instrumento construido en UArizona que conecta los dos espejos primarios de 8,4 metros de diámetro del telescopio y puede observar longitudes de onda más largas en el rango infrarrojo medio, a diferencia de la mayoría de los otros espejos Instrumentos utilizados para observar exoplanetas en longitudes de onda más cortas o más azules. Según Steve Ertel, coautor del artículo y científico principal de instrumentos de LBTI, el instrumento contiene 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 rojas más largas son más difíciles de detectar que las longitudes de onda más cortas debido al brillo térmico de la atmósfera terrestre y al propio telescopio. LBTI se encuentra entre los telescopios infrarrojos más sensibles hasta la fecha y, debido a su mayor tamaño, puede incluso superar al JWST en la detección de planetas muy cercanos a sus estrellas, como MWC 758c.
«Proponemos dos modelos diferentes de por qué este planeta brilla en longitudes de onda más largas», dijo Ertel. «O este es un planeta con una temperatura más baja de lo esperado, o es un planeta que todavía está caliente desde su formación, y está rodeado de polvo».
«Si hay mucho polvo alrededor de ese 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 más rojas», dijo la coautora Caitlin Crater, astrofísica teórica de la Universidad de Arizona. . . «En el otro escenario de un planeta más frío rodeado de menos polvo, el planeta es más tenue y emite más luz en longitudes de onda más largas».
Wagner dijo que la presencia de grandes cantidades de polvo en las cercanías del planeta puede indicar que el planeta todavía se está formando y que puede estar en proceso de formar un sistema de lunas como las lunas de Júpiter alrededor de Júpiter. Por otro lado, si el planeta sigue el modelo más frío, podría estar sucediendo algo en estos primeros sistemas estelares que está causando que los planetas se formen más fríos de lo esperado, lo que lleva a los científicos planetarios a revisar los modelos de formación de planetas y las estrategias de detección de exoplanetas.
«De cualquier manera, ahora sabemos que debemos comenzar a buscar protoplanetas rojizos en estos sistemas de brazos en espiral», dijo Wagner.
Los astrónomos esperan que una vez que se observe el exoplaneta gigante con el telescopio espacial James Webb, podrán juzgar cuál de los dos escenarios se desarrolla en el sistema infantil. Se le dio 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 están otros planetas ocultos y eso nos dará una idea de qué propiedades debemos buscar para descubrirlas».
más información:
Imágenes directas y espectroscopia de un protoplaneta gigante que conduce brazos espirales en MWC 758, astronomía natural (2023). DOI: 10.1038/s41550-023-02028-3 Y www.nature.com/articles/s41550-023-02028-3
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