Estrella HD 142527. (Foto: UChile)
Astrónomos de la Universidad de Chile, miembros del Núcleo de
Discos Protoplanetarios (MAD), presentan un escenario viable para la
estructura tridimensional de un sistema planetario en formación. El
resultado se basa en la interpretación de sombras proyectadas sobre un
disco protoplanetario cercano. El descubrimiento tendría fuertes
implicancias para la dinámica de formación de planetas.
Los sistemas planetarios, como nuestro Sistema Solar, se forman a
partir de discos de gas y polvo que rodean estrellas recién nacidas.
Hasta ahora se pensaba que estos discos protoplanetarios eran
perfectamente planos y se asumía que los protoplanetas estaban
determinados a mantenerse en este mismo plano, como es el caso del
Sistema Solar donde todos los planetas orbitan de forma coplanar. Al
comparar diferentes modelos tridimensionales del disco con observaciones
reales, astrónomos del Núcleo de Discos Protoplanetarios (MAD)
identificaron y caracterizaron la geometría del sistema. El estudiante
de Magíster de la U. de Chile, Sebastián Marino, fue el primer autor de
la publicación. “Cada disco se asume que es plano, en cambio en este
trabajo descubrimos que un disco en particular está dividido en dos y
que cada disco está en un plano distinto” señala Marino.
Este descubrimiento se realizó observando a HD 142527, una estrella
joven rodeada por un disco rico en gas y polvo, vecina a nuestro Sistema
Solar. Este es uno de los sistemas protoplanetarios mejor estudiados
debido a su gran tamaño, su cercanía a nosotros y la variedad de rasgos
que indican la presencia de planetas en proceso de formación. Mientras
los planetas gigantes se forman y crecen, estos dejan anchos surcos en
el disco a lo largo de su órbita con la forma de anillos de menor
densidad, a los cuales los astrónomos llaman “brechas”. HD 142527 es el
disco con la brecha más grande conocido hasta la fecha, por ejemplo, la
órbita de Neptuno cabría tres veces dentro de esta cavidad. Esta brecha
divide el disco en dos zonas diferentes: un disco externo (que contiene
la mayor parte de la masa) y un disco interno, del cual se desconocían
mayores detalles.
Imágenes del disco de HD 142527 tomadas con telescopios de última
generación, muestran dos zonas oscuras sobre el disco externo, al borde
lejos de la estrella central (ver imagen). Estas regiones oscuras
desafiaban diferentes interpretaciones previas. El nuevo estudio,
publicado en The Astrophysical Journal Letters, revela que el disco
interno de HD 142527 está inclinado en 70 grados con respecto al disco
externo, bloqueando la luz de la estrella y produciendo sombras a lo
largo de la brecha hasta el disco externo. Las sombras proyectadas
coinciden con las regiones oscuras observadas. Este fenómeno es similar a
un eclipse solar, en que la Luna bloquea la luz del Sol produciendo una
sombra en la Tierra, pero en este caso es el disco interno el que
bloquea la luz de la estrella central.
La mayoría de los discos protoplanetarios viven por solo unos pocos
millones de años, tiempo que es muy reducido comparado con la edad de
los sistemas planetarios, haciendo que un disco joven rico en gas y
polvo sea algo complejo de encontrar. Es durante estos primeros millones
de años que los planetas gigantes se forman, en una carrera en contra
de la dispersión y evaporación del material protoplanetario primordial.
El disco interno de HD 142527 tiene un tamaño similar al radio de la
órbita de Saturno, lo que significa que estudiar su evolución puede ser
crucial para entender cómo se forman planetas como la Tierra. Sin
embargo, es extremadamente difícil estudiar estas regiones debido a su
pequeño tamaño en el cielo –una millonésima del tamaño de la Luna– y su
cercanía a la estrella central hacen imposible un estudio detallado con
las capacidades de los telescopios actuales, por lo que obtener mayor
información es muy difícil. El fenómeno descubierto por Marino et al.
permite estudiar aquellas regiones inaccesibles de sistemas con
formación planetaria, gracias a las sombras proyectadas a escalas
mayores.
Se infirió la presencia e inclinada geometría del disco interno en HD
142527 modelando detalladamente cómo la luz de la estrella se propaga a
través del material que la rodea usando una técnica llamada
“transferencia radiativa”. Pero, ¿Cómo la naturaleza puede producir esta
geometría particular? Una de las posibles explicaciones requiere la
presencia de un objeto compañero de menor masa que la estrella, como un
planeta ya formado o una estrella pequeña escondida en el disco.
Curiosamente estudios previos han mostrado evidencia de tal compañero.
“Lo más interesante es que este planeta o estrella tendría que estar en
una órbita con una gran inclinación, tal como la del disco interno, lo
que nos lleva a aún más interrogantes acerca de la dinámica de discos y
la estabilidad de dichas configuraciones”, dice el Dr. Sebastián Pérez,
coautor de la investigación.
Discos con warp (término en inglés que en este caso se refiere a la
torsión o deformación que sufre el disco a medida que se acerca a la
estrella) han sido vistos en una gran variedad de objetos astronómicos,
desde galaxias hasta material rodeando agujeros negros. El caso
particular de las sombras de HD 142527 podría ser extensible a otros
discos protoplanetarios. “Este apantallamiento puede tener importantes
consecuencias en las condiciones físicas que llevan a la formación
planetaria, dado que estas regiones ensombrecidas serian más frías y
densas que sus alrededores, con cambios en las propiedades del gas y
polvo primordial” agrega el Dr. Simon Casassus, investigador responsable
del MAD.
“Aunque el origen de este disco inclinado todavía necesita ser
aclarado, ahora sabemos cómo interpretar mejor futuras observaciones de
discos protoplanetarios, y qué rasgos buscar en otros sistemas de
formación planetaria. Discos protoplanetarios que pensábamos eran
tranquilos lugares donde se forman los planetas, pueden ser lugares, en
realidad, de dramáticas condiciones” comenta Sebastián Marino.
NCYT
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