El complicado parto de un nuevo planeta
La investigación de la atmósfera de un exoplaneta joven en la constelación de Centauro arroja nueva luz sobre la aún enigmática formación de nuevos mundos.
Por Enrique Coperías
El disco natal de PDS 70, con el nuevo planeta PDS 70b (punto brillante a la derecha). Al estudiar este sistema, los astrónomos descubrieron una composición de gases en la atmósfera del planeta que no coincide con los gases dentro del disco. Crédito: ESO/A. Müller et al.
Así como algunos niños se asemejan físicamente a sus padres, durante mucho tiempo los astrónomos han supuesto que los planetas en formación deberían reflejar las características del disco de gas y polvo que les da origen.
Sin embargo, un nuevo estudio liderado por un equipo de astrofísicos de la Universidad Northwestern, en Estados Unidos, sugiere que este parecido podría ser mucho menor de lo esperado. Al analizar un exoplaneta en formación junto con el disco que lo rodea, los investigadores descubrieron que la composición de los gases en la atmósfera del planeta no coincide con la de los gases presentes en el disco.
Este sorprendente hallazgo podría respaldar las dudas existentes sobre la excesiva simplificación del modelo actual de formación planetaria.
Un lío en la composición de carbono y oxígeno
El estudio, que ha sido publicado en la revista Astrophysical Journal Letters, marca un hito, al ser la primera vez que se comparan datos de un exoplaneta, su disco de origen y su estrella anfitriona.
«Para los astrofísicos observacionales, la imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas resultaba quizá demasiado simplificada —dice Chih-Chun Dino Hsu, de la Universidad Northwestern, quien lideró el estudio. Y añade—: Según este modelo simplificado, se asumía que la proporción de carbono y oxígeno en la atmósfera de un planeta debería coincidir con la proporción de estos gases en su disco natal, suponiendo, eso sí, que el planeta acumule materiales directamente del gas de dicho disco».
Ahora bien, en palabras de Hsu, «hemos encontrado un planeta cuya proporción de carbono y oxígeno es significativamente menor en comparación con su disco. Esto confirma las sospechas de que la visión convencional sobre la formación de planetas necesita ser revisada».
Esta ilustración muestra un disco protoplanetario de polvo y gas alrededor de una estrella joven. Cortesía: NASA/JPL-CALTECH
Rastreando los orígenes visibles de los planetas
Todos los planetas se forman a partir de un disco natal, una estructura rotatoria de gas y polvo que rodea a una estrella recién nacida. A lo largo de millones de años, la gravedad reúne estos materiales para formar aglomeraciones que, con el tiempo, se convierten en planetas.
Hasta hace poco, obtener una vista directa de un disco natal para observar el proceso de formación planetaria era imposible, ya que la mayoría de los exoplanetas detectados son demasiado antiguos y sus discos de origen ya han desaparecido.
La excepción, sin embargo, es PDS 70, un disco natal que envuelve a dos exoplanetas gigantes de gas en formación — similares a Júpiter — llamados PDS 70b y PDS 70c. Situados a solo 366 millones de años luz de la Tierra, dentro de la constelación de Centauro, los planetas tienen, como máximo, una edad de cinco millones de años. Unos pipiolos, en términos astronómicos.
«Este es un sistema donde vemos a ambos planetas aún formándose, así como los materiales de los que están construidos —explica Jason Wang, profesor de Física y Astronomía en la Northwestern’s Weinberg College of Arts and Sciences. Y continúa—: Estudios anteriores han analizado este disco de gas para entender su composición. Por primera vez, pudimos medir la composición del planeta que aún está formándose y ver qué tan similares son los materiales en el planeta en comparación con los materiales en el disco».
Examinando las huellas dactilares planetarias
Para calibrar los materiales, Hsu, Wang y su equipo examinaron la luz emitida por PDS 70b. Esta luz —o espectro— es como una huella dactilar, que revela la composición, el movimiento, la temperatura y otras características de un objeto. Cada molécula o elemento produce su propio espectro. Por lo tanto, estudiando estos espectros, los investigadores pueden identificar específicamente las moléculas o elementos dentro de un objeto.
En trabajos anteriores, Wang codesarrolló nuevas tecnologías de fotónica que permiten a los astrónomos capturar el espectro de objetos tenues cercanos a estrellas mucho más brillantes. Los investigadores utilizaron esta técnica para enfocarse en las características tenues del joven sistema planetario.
«Estas nuevas herramientas permiten tomar un espectro realmente detallado de objetos tenues al lado de objetos muy brillantes —comenta Wang. Y añade—: Porque el desafío aquí es que hay un planeta muy tenue junto a una estrella muy brillante. Es difícil aislar la luz del planeta para analizar su atmósfera».
Con el espectro, los investigadores obtuvieron información sobre el monóxido de carbono y el agua de PDS 70b. A partir de eso, calcularon la proporción inferida de carbono y oxígeno dentro de la atmósfera del planeta. Luego, compararon esa proporción con mediciones previamente reportadas de gases en el disco.
“En un principio esperábamos que la relación de carbono a oxígeno en el planeta fuera similar a la del disco. Pero, en cambio, encontramos que el carbono, en relación con el oxígeno, en el planeta era mucho menor que la proporción en el disco. Eso fue un poco sorprendente y muestra que nuestra imagen ampliamente aceptada de la formación de planetas era demasiado simplificada.”
Para explicar este desajuste, Hsu y Wang creen que podrían estar en juego dos hipótesis diferentes. Una es que el planeta se formara antes de que su disco se enriqueciera en carbono. Otra explicación es que el planeta podría haber crecido principalmente absorbiendo grandes cantidades de materiales sólidos además de gases. Aunque los espectros solo muestran gases, parte del carbono y el oxígeno iniciales podrían proceder de sólidos atrapados en hielo y polvo.
«Si el planeta absorbió preferentemente hielo y polvo, entonces ese hielo y polvo se habrían evaporado antes de entrar en el planeta — dice Wang en una nota de prensa de la Universidad Northwestern. Y añade—: Así que podría estar diciéndonos que no podemos comparar solo gas contra gas. Los componentes sólidos podrían estar marcando una gran diferencia en la relación carbono-oxígeno».
Para este estudio, el equipo solo se centró en PDS 70b. A continuación, planean observar los espectros del otro planeta del sistema PDS 70.
«Estudiando estos dos planetas juntos, podemos comprender aún mejor la historia de la formación del sistema —dice Hsu—. Pero, además, este es solo un sistema. Lo ideal sería identificar más de ellos para comprender mejor cómo se forman los planetas».▪️
Información facilitada por la Universidad Northwestern
Fuente: Chih-Chun Hsu et al. PDS 70b Shows Stellar-like Carbon-to-Oxygen Ratio. Arxiv (2024). DOI:
https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.15117
