ALMA detecta la firma radial del crecimiento planetario

Nuevas observaciones multifrecuencia revelan que el planeta gigante en formación PDS 70c brilla en ondas de radio no por el polvo, sino por el gas ionizado en su entorno.

Puntos destacados

• Observación multifrecuencia sin precedentes de un planeta en formación: ALMA observó PDS 70c en las Bandas 3, 4, 7 y 9, revelando nuevos detalles sobre su entorno.
• No polvoriento, sino gaseoso: La señal de radio proviene de gas ionizado, y no del disco de polvo que la comunidad astronómica anticipaba.
• Origen probable en un disco circumplanetario: La emisión proviene muy probablemente de la superficie de un pequeño disco que rodea al planeta, donde se deposita material del entorno.
• Pistas sobre la formación de planetas y lunas: Estos hallazgos presentan la primera huella espectral radial de un entorno circumplanetario, ofreciendo claves sobre cómo se desarrollan los planetas gigantes y cómo pueden formarse sus lunas.

Astrónomes utilizaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para obtener una vista multifrecuencia sin precedentes de un planeta en formación en el sistema estelar cercano PDS 70. El nuevo estudio, liderado por la estudiante de posgrado Oriana Domínguez-Jamett de la Universidad de Chile y publicado en Astronomy & Astrophysics, muestra que el planeta PDS 70c emite señales de radio producidas por gas ionizado en lugar del disco polvoriento que se esperaba alrededor de un mundo tan joven.

PDS 70, una estrella joven ubicada a 370 años luz en la constelación de Centauro, es famosa por albergar dos protoplanetas observados directamente. Entre ellos, PDS 70c destaca por estar rodeado de un disco circumplanetario: un disco de gas y polvo que alimenta al planeta y que posiblemente dé origen a lunas. Hasta ahora, el origen exacto de su emisión seguía siendo un misterio.

Con nuevas observaciones de ALMA en las Bandas 4 (145 GHz), 7 (343,5 GHz) y 9 (671 GHz), junto con datos de archivo de la Banda 3 (97,5 GHz), el equipo detectó una fuente compacta en la posición de PDS 70c en tres de las bandas. De manera intrigante, no se encontró señal en las frecuencias más altas (Banda 9). Esta “caída” en el brillo desafía la idea de que la emisión proviene únicamente del polvo térmico. En cambio, los resultados se explican mejor por una emisión libre-libre parcialmente ópticamente gruesa (luz de radio generada por colisiones entre electrones e iones). En palabras simples, la luz de radio de PDS 70c proviene principalmente de la superficie de un pequeño disco que rodea al planeta. Este disco gaseoso brilla porque su superficie se ioniza con el impacto del material que cae, lo que lo hace aparecer como un tenue velo luminoso alrededor del joven planeta.

“Nuestras observaciones sugieren que PDS 70c no está rodeado por un disco de polvo estándar”, explica la autora principal Oriana Domínguez-Jamett. “En su lugar, la señal apunta a gas ionizado, posiblemente calentado en choques cuando el material cae sobre el disco del planeta. Esto significa que el planeta está empobrecido en polvo al menos en un factor de mil en comparación con lo esperado.”

Al comparar el espectro con modelos simples, la investigación demostró que una fracción de ionización muy baja puede explicar el cambio observado en la emisión. Esta es la primera vez que se identifica el mecanismo de emisión radial en un entorno circumplanetario.

“Este es un gran avance en nuestra capacidad de estudiar cómo crecen los planetas gigantes gaseosos y cómo se forman sus lunas”, añade el profesor guía Simon Casassus (Universidad de Chile). “ALMA ahora no solo puede detectar discos circumplanetarios, sino también determinar qué impulsa su emisión.”

“Estos resultados destacan la capacidad única de ALMA para sondear el entorno inmediato de los planetas en formación”, señala John Carpenter, científico jefe del observatorio ALMA. “Al distinguir entre emisión de polvo y de gas, obtenemos una visión directa de cómo los planetas jóvenes acumulan material y de cómo comienzan a formarse los sistemas de lunas.”

Los hallazgos entregan nuevas restricciones clave sobre la densidad, la temperatura y el estado de ionización del material alrededor de los gigantes gaseosos en formación. También resaltan el potencial único de ALMA para explorar las etapas finales del crecimiento planetario.

Informacion adicional

Los resultados de este estudio aparecen en Astronomy & Astrophysics como "Multi-frequency observations of PDS70c: Radio emission mechanisms in the circumplanetary environment" [Observaciones multifrecuencia de PDS70c: Mecanismos de emisión de radio en el entorno circumplanetario] por O. Domínguez et al.

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 miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), 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 (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.

Imagen