Los planetas nacen en discos de gas y polvo.
Los astrónomos estudian estos discos llamados protoplanetarios para entender el proceso de formación de planetas. Bellas imágenes de discos tomadas por el Atacama Large Millimiter/Submillimiter Array (ALMA) muestran los diferentes huecos y anillos que podrían causar los jóvenes planetas.
Cataratas de gas. Crédito: NRAO
Para estar más seguros de que estos huecos están causados por los planetas, y para obtener una mejor visión de la formación de planetas, los científicos estudian el gas de los discos además del polvo. El 99% de la masa de un disco protoplanetario es gas, del cual el monóxido de carbono (CO) es el componente más brillante, emitiendo en una klongitud de onda submilimétrica muy peculiar que ALMA puede observar.
El año pasado dos equipos de astrónomos demostraron una nueva técnica de detección de planetas usando este gas. Midieron la velocidad del CO rotando en el disco alrededor de la joven estrella HD 163296. Las distorsiones localizadas en los movimientos del gas revelaron tres patrones como de planetas en el disco.
En este nuevo estudio, el autor principal Richard Teague de la Universidad de Michican y su equipo usaron nuevos datos de alta resolución del ALMA del Proyecto de Alta Resolución Angular para Subestructuras de Disco (DSHARP) para estudiar la velocidad del gas con más detalle."Con los datos de alta definición del programa, pudimos medir la velocidad del gas en tres direcciones en lugar de sólo una", dijo Teague. "Por primera vez hemos medido el movimiento del gas rotando alrededor de la estrella, acercándose o alejándose de la estrella, y arriba o abajo del disco".
Teague y sus colegas vieron el gas moviéndose de las capas superiores hacia el medio del disco en tres lugares diferentes. "Lo que probablemente sucede es que un planeta en órbita alrededor de la estrellaaparta al polvo, abriendo un hueco", explica Teague. "El gas encima del hueco entonces colapsa en una especie de catarata, causando un flujo rotacional de gas en el disco".
Esta es la mejor prueba hasta la fecha de que hay planetas formádose entorno a HD 163296. Pero los astrónomos no pueden asegurar al cien por cien que los flujos de gas sean causados por los planetas. Por ejemplo, el campo magnético de la estrella también podría causar distorsiones en el gas. "Ahora mismo sólo la observación directa de los planetas podría descartar las otras opciones. Pero los patrones de esos flujos de gas son únicos y es muy probabe que sólo puedan ser causados por los planetas", dice el coautor Jaehan Bae del Instituto Carnagie de Ciencias, que probó la teoría con una simulación informática del disco.
la localización de los planetas predichos por el estudio corresponde a los resultados del año pasado : Probablemente están situados a 87, 140 y 237UA (Una Unidad Astronómica -UA- es la distancia media de la Tierra al Sol). Para el planeta más cercano a HD 163296 se calcula una masa la mitad de Júpiter, el del medio tiene la masa de Júpiter, y el más lejano tiene el doble de la masa de Júpiter.
Flujos de gases fluyendo de la superficie hacia el plano medio del disco protoplanetario ya eran predichos en los modelos teóricos que había a finales de los 90, pero es la primera vez que se observan. No sólo se pueden usar para detectar planetas recien nacidos, sino que también afinan nuestra compresión de comos los planetas gigantes obtienen sus atmósferas.
"Los planetas se forman en la capa media del disco, el llamado plano medio. Es un lugar frío, protegido de la radiación de la estrella", dice Teague. "Creemos que los huecos dejados por los planetas incorporan gas caliente de las capas exteriores del disco químicamente activas, y que este gas formará la atmósfera del planeta.
Teague y su equipo no esperaban poder ver este fenómeno. "El disco entorno a HD 163296 es el más brillante y grande que podemos observar con ALMA", dice Teague. "Pero fue una gran sorpresa poder ver estos flujos de gas tan claramente. El disco parece mucho más dinámico de lo que pensábamos".
"Estos nos da una imagen mucho más completa de la formación de planetas de lo que habíamos soñado", señala el coautor Ted Bergin de la Universidad de Michican."Caracterizando estos flujos podemos determinar cómo planetas omo Júpiter nacieron y definir su composición química en el nacimiento. Podríamos usar estos para llegar hasta el lugar de nacimiento de estos planetas, según se muevan durante su formación".
