ALMA descubre posible lugar de formación de planeta helado gigante

12 septiembre, 2016

Artículo Científico

Un equipo de astrónomos encontró indicios de un planeta en crecimiento alrededor de la joven estrella TW Hydra gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Por la distancia a la que se encuentra de la estrella y la distribución de diminutos granos de polvo, los astrónomos creen que el planeta es un gigante helado similar a Urano y Neptuno, que forman parte de nuestro Sistema Solar. Con este hallazgo, los astrónomos han dado un paso más en el estudio de los orígenes de distintos tipos de planetas.

En los últimos dos decenios se han descubierto numerosos planetas extrasolares, y ahora los investigadores coinciden en que hay muchos tipos de planetas distintos, aunque poco se sabe sobre las razones que los llevan a ser tan diferentes. De hecho, uno de los principales puntos de discordia es cómo llegan a formarse los planetas helados gigantes como Urano y Neptuno.

Para estudiar de cerca el lugar de formación del planeta, un equipo de investigadores encabezado por Takashi Tsukagoshi, de la Universidad de Ibaraki (Japón), observó la estrella TW Hydrae: tiene una edad estimada en unos 10 millones de años y es una de las estrellas jóvenes más cercanas a la Tierra. Debido a su cercanía y a que su eje de rotación apunta hacia nosotros, permitiéndonos tener una visión desde arriba, TW Hydrae es uno de los objetos favoritos de los astrónomos a la hora de estudiar los procesos de formación planetaria.

En observaciones pasadas se descubrieron pequeñas partículas de polvo que forman un disco alrededor de TW Hydrae, donde nacen planetas. Recientemente, ALMA reveló la existencia de numerosos surcos de vacío en el disco1. Según algunas teorías, estos surcos delatan procesos de formación planetaria.


Figura 1. Imagen del disco alrededor de la joven estrella TW Hydrae generada por ALMA. En ella se aprecian distintos surcos. Los investigadores descubrieron que las partículas de polvo presentes en el surco interior, de 22 au, son más pequeñas que en otras zonas más luminosas, y creen que puede haber un planeta similar a Neptuno allí. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tsukagoshi et al. | Descargar imagen

El equipo de investigadores usó ALMA para observar el disco alrededor de TW Hydrae en dos frecuencias de radio. Los investigadores pueden calcular el tamaño de los polvos de grano a partir de la intensidad de las señales de radio, que varía en diferentes frecuencias en función de los diferentes tamaños. En este caso, se descubrió que predominan los granos más pequeños, medidos en micrómetros, y que los granos más grandes brillan por su ausencia en el surco más grande, que tiene un radio de 22 au 2.

Cabe preguntarse, pues, por qué razón prevalecen los granos más pequeños en el disco. Las simulaciones habían predicho que los planetas pesados formarían un surco en el disco y que las interacciones gravitacionales y la fricción entre el gas y las partículas de polvo resultarían en la expulsión de los granos más grandes, mientras que los pequeños se quedarían en el surco. Los resultados obtenidos en este estudio confirman la teoría.


Figura 2. Representación artística del disco de polvo y de un planeta en formación alrededor de TW Hydrae. Créditos: NAOJ | Descargar imagen

Los astrónomos calcularon la masa de este planeta invisible a partir del ancho y la profundidad del surco de 22 au y descubrieron que el planeta es un poco más masivo que Neptuno. “Considerando el tamaño de su órbita y su luminosidad, TW Hydrae sería un planeta helado gigante”, afirma Tsukagoshi.

Tras obtener estos resultados, el equipo planea futuras observaciones para comprender mejor la formación planetaria. Una manera de lograrlo es observar la polarización de las ondas de radio. En simulaciones recientes se descubrió que el tamaño de los polvos de grano puede determinarse con mayor precisión mediante observaciones de polarización. Otro método posible es calcular la cantidad de gas presente en el disco. Como el gas es el principal componente del disco, los investigadores esperan tener una mejor estimación de la masa del planeta en formación.

Información adicional

Los resultados de esta observación se publicaron en el artículo de Tsukagoshi et al. titulado “A gap with a deficit of large grains in the protoplanetary disk around TW Hya” (‘Un surco con un déficit de granos de gran dimensión en el disco protoplanetario alrededor de TW Hya’), en la revista The Astrophysical Journal Letters.

El equipo estuvo compuesto por los siguientes investigadores:

Takashi Tsukagoshi (Universidad de Ibaraki), Hideko Nomura (Instituto Tecnológico de Tokio), Takayuki Muto (Universidad de Kogakuin), Ryohei Kawabe (Observatorio Astronómico Nacional de Japón, Institutos Nacionales de Ciencias Naturales), Daiki Ishimoto (Instituto Tecnológico de Tokio/Universidad de Kioto), Kazuhiro D. Kanagawa (Universidad de Szczecin), Satoshi Okuzumi (Instituto Tecnológico de Tokio), Shigeru Ida (Instituto Tecnológico de Tokio), Catherine Walsh (Universidad de Leiden) y T. J. Millar (Queen’s University Belfast).

El estudio fue financiado por la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia a través de los fondos de investigación científica n.° 24103504, 23103005, 25400229, 26800106, 15H02074 y 16K17661 y del fondo MAESTRO DEC-2012/06/A/ST9/00276 del Centro Nacional de Ciencia de Polonia.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

  1. Véase el comunicado “ALMA obtiene la mejor imagen de un disco protoplanetario” publicado el 30 de marzo de 2016. En el pasado los astrónomos observaron las ondas de radio de TW Hydrae en una sola frecuencia, y no pudieron determinar el tamaño de las partículas de polvo.
  2. 1 au = 1 unidad astronómica. Una unidad astronómica equivale a la distancia entre el Sol y la Tierra, a saber, 150 millones de kilómetros.