¿Por qué estudiamos los discos protoplanetarios?

Por Karina Maucó, investigadora postdoctoral del Núcleo Milenio de Formación Planetaria.

¿Sabías que los planetas se forman a partir de discos alrededor de estrellas jóvenes? Estos discos, compuestos de polvo y gas cósmico, son el resultado natural de la formación estelar.

Las estrellas se forman a partir de nubes de gas y polvo. Estas nubes están compuestas de gas extremadamente frío (hasta -200 C°) formando estructuras que pueden llegar a medir más de cien años luz y tener masas de hasta un millón de veces la masa de nuestro Sol, por lo que están consideradas entre las estructuras más grandes de nuestra Galaxia.

Desgraciadamente, el interior de estas nubes densas y oscuras no puede ser observado con un telescopio común. Un ejemplo de esto sería cuando vamos por la carretera y la niebla bloquea nuestra visión y nos limita a ver con claridad lo que sucede en el camino. Es por esto que los astrónomos observamos también en otros rangos de luz, no sólo en la luz visible (si quieres conocer más de este tema lee la columna escrita por Erick C. Pastén, Los secretos detrás de ALMA).

Entonces, gracias a la radioastronomía se ha podido conocer el interior de estas extensas estructuras que llegan a colapsar debido a la acción de su propia gravedad, formando bultos cada vez más densos que terminarán formando proto-estrellas. Este proceso siempre involucra un cierto grado de rotación, por lo que el material en colapso no cae directamente sobre la protoestrella sino que irá formando, de manera natural, una estructura aplanada alrededor de ella, es decir, un disco (algo similar a lo que ocurre cuando tenemos un lavamanos lleno de agua y sacamos el tapón). Se cree que es precisamente allí donde se forman los planetas, por lo que comúnmente lo encontrarás con el nombre de disco protoplanetario. De allí, la importancia de su estudio.

Hoy en día estamos en una excelente época para estudiar los discos protoplanetarios. Los avances tecnológicos implementados para mejor la capacidad de resolución de los telescopios se ha incrementado exponencialmente en los últimos años. Hace sólo cinco años atrás se desconocía cómo sería la imagen nítida de un disco protoplanetario, pero gracias a grandes interferómetros como ALMA, ahora es posible verlos con un grado de detalle tan alto como el que se necesitaría para distinguir un aro de baloncesto ubicado en la luna!. Con instrumentos como éste estamos cada vez más cerca de poder observar directamente la formación de planetas por primera vez en la historia.

ALMA nos ha regalado imágenes impresionantes de discos protoplanetarios (como los mostrados en la figura). Gracias a observaciones como éstas, se ha podido reconocer estructuras como surcos, anillos, cavidades, brazos espirales, aglomeraciones de polvo, entre otras, que antes eran invisibles a nuestros ojos, pero que ahora conforman características comunes en los discos protoplanetarios.

 Fig 1. Discos protoplanetarios vistos con ALMA.
Fig 1. Discos protoplanetarios vistos con ALMA.

Te estarás preguntando, ¿qué es lo que origina los distintos tipos de estructuras que vemos en estos discos?, bueno ¡los astrónomos nos preguntamos lo mismo!, y para sorpresa de muchos, aún no sabemos la respuesta. Por lo pronto, te puedo decir que el origen de estas estructuras sigue siendo objeto de un acalorado debate entre los astrónomos. Muchos creen que se deben a la interacción del disco con planetas en formación, dado que los planetas tienen a abrir surcos, esparcir polvo y generar brazos en espiral al orbitar alrededor de las estrellas. Otros defienden escenarios alternativos, que no necesariamente involucran planetas, como la fotoevaporación (dispersión y destrucción del polvo. Imagina que el viento de las estrellas masivas actúa como una escoba que barre el polvo) debido a la fuerte radiación emanada por la estrella central que evapora las partes internas del disco, algunos optan por discos altamente magnetizados, y otros por la proyección de sombras que simulan brazos espirales en luz dispersada. Pero, como todo en la astronomía, las cosas no son tan simples como parecen.

En un trabajo muy reciente, realizado por investigadores tanto de la Universidad de Arizona en USA como del instituto ASIAA en Taiwan, se usó ALMA para obtener una imagen de ultra alta resolución del disco protoplanetario alrededor de la estrella MWC 758 ubicada a 500 años luz de distancia. La imagen de este disco (Fig 2) reveló una gran cantidad de detalles emocionantes que lo ha hecho de particular interés para el estudio de la formación de planetas.

Fig 2. Imagen tomada con ALMA de MWC 758.  Imagen tomada de Dong et al. 2018. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Fig 2. Imagen tomada con ALMA de MWC 758. Imagen tomada de Dong et al. 2018. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

¿Por qué este disco y no otro?, porque que en él se encuentran reunidas todas las estructuras principales que vemos en otros discos!. En la Figura 2 puedes ver las diferentes zonas hasta ahora identificadas en la imagen del disco. Se cree que esta morfología bastante compleja tiene orígenes dinámicos, ya que la cavidad interna no es circular sino que tiene forma de elipse con un foco en la estrella como lo establecido por la ley de Kepler, lo que es un fuerte indicador de presencia de planetas moldeando el disco. Los astrónomos haciendo uso de simulaciones hidrodinámicas y análisis de imágenes, no sólo obtenidas por ALMA sino también por otros instrumentos, estiman que al menos dos planetas masivos, uno en el interior -escarbando la cavidad interna- y otro más afuera, son necesarios para poder explicar las aglomeraciones de polvo y los brazos espirales observados en este disco. Ésto hace de MWC 758 una estrella sumamente rara e interesante!

Como te darás cuenta, aún hay muchas cosas por resolver. Casos como éstos motivan a los astrónomos a implementar mejores herramientas y construir telescopios de última generación que permitan adentrarnos aún más en estos mundos extraordinarios, con la esperanza de responder a una de las grandes incógnitas de la humanidad: ¿cómo se formó nuestro planeta?

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