¿Indicios para la formación de planetas?

Los discos protoplanetarios son los lugares donde se forman los planetas. En muchos de ellos se han observado estructuras anulares, como anillos brillantes, o cavidades centrales en la distribución de polvo, estructuras que son comúnmente interpretadas como pistas indirectas de la presencia de planetas.

Un equipo internacional de astrofísicos dirigido por Karina Maucó, investigadora postdoctoral del Núcleo Milenio de Formación Planetaria (NPF), observó con el radiotelescopio ALMA una estrella joven rodeada por un disco de polvo con una enorme cavidad central, sistema llamado Sz91. El disco está formado por un anillo delgado de polvo ubicado en la nube molecular de Lupus y la principal conclusión del estudio es que en ese delgado anillo se puede estar dando la formación de planetesimales, un paso clave en la formación de planetas.

En esta investigación también participó Matthias R. Schreiber, subdirector del NPF, Johan Olofsson, investigador asociado, Amelia Bayo, directora del centro, y Claudio Caceres, investigador adjunto. El artículo se publicó en la prestigiosa revista científica Astrophysical Journal.

Los científicos sabían que Sz91 tenía claras señales de acumulación de polvo submilimétrico en el anillo, con presencia de granos más pequeños (del orden de micrones) en las zonas más internas. Por lo anterior, representa una excelente oportunidad para testear modelos de crecimiento de grano en estrellas jóvenes. “Este tipo de rasgos son normalmente atribuidos a la interacción de planetas en formación modulando el disco. Es por ésto que decidimos observar esta fuente con datos de ALMA a 2.1 mm a una resolución sin precedentes, para esta fuente. La idea es caracterizar a detalle los granos de polvo en el anillo para intentar entender cómo se forman los planetas”, explica Maucó.

Observando el disco en distintas bandas de ALMA, los científicos pueden estudiar como es la distribución de brillo, es decir, si el objeto es más brillante en las frecuencias más altas o más bajas. Este “cociente de brillo” se denomina índice espectral, y está directamente relacionado con el tamaño dominante de los granos de polvo responsables de la emisión detectada. Los investigadores compararon este índice espectral de Sz91 con el resto de la población de discos en Lupus, al igual que con otros discos en diferentes regiones de formación estelar, para entender su estado evolutivo.

“Obtuvimos que el índice espectral en el anillo es casi constante a lo largo de él e implica tamaños máximo de granos de alrededor de 0.61 mm, por lo que demostramos que efectivamente sí hay crecimiento de grano en el anillo de polvo. Al comparar este índice espectral con la población de discos en Lupus se observó que Sz91 resalta como la estrella con el mayor índice espectral”, indica Maucó. La astrofísica explica que  en discos como Sz91 vemos partes más externas del disco “original”, más separadas de la estrella, donde la densidad de gas y polvo es más baja y así podemos ver la emisión completa del disco. En discos más compactos, la emisión que se produce en las partes internas del disco no es capaz de “atravesar” todo el restante material del disco y llegar a Tierra para ser detectada (fenómeno que se conoce como ser “ópticamente grueso”), por lo que la emisión que vemos es aquella producida por el material en la superficie del disco, que no tiene por qué ser representativo de la emisión del disco en su totalidad.

Por otro lado, la emisión proveniente del anillo de polvo de Sz91 no es ópticamente gruesa, a las longitudes de onda de ALMA, por lo que estos datos pueden ser utilizados para caracterizar correctamente el polvo en el sistema.

“Comparando estos resultados observacionales con modelos teóricos de crecimiento de grano en anillos de polvo, los que incluyen los procesos de fragmentación y formación de planetesimales (objetos de tamaño del orden del km que son las “semillas” principales para la formación de planetas), encontramos que nuestros resultados están en muy buen acuerdo con las predicciones de estos modelos, de lo que se concluye que la formación de planetesimales muy probablemente está ocurriendo en el anillo de polvo alrededor de Sz91”, recalca Karina Maucó.

Trabajo a futuro

Los científicos obtendrán nuevos datos de ALMA a mayor resolución y a longitudes de onda mayores, junto con datos tomados con el VLA, para tener información sobre los granos de mayor tamaño y corroborar la existencia de granos centimétricos.

“La idea es resolver el anillo en la dirección radial -estudiando las secciones del disco en sí- para poder investigar con detalle las propiedades del polvo a diferentes distancias radiales al igual que inhomogeneidades en el disco. Con estos datos se puede estudiar el índice espectral (y por ende el tamaño de los granos) en un rango más amplio de longitudes de onda y a lo largo de la dirección radial del anillo. Ésto permitirá estudiar acumulaciones azimutales o “clumps” -inhomogeneidades a lo largo del anillo, no en su sección sino en su longitud – observados en el anillo (éstos pueden ser regiones donde se puedan formar planetas en el futuro)”, finaliza Maucó.

Publicación científica

Créditos: Carol Rojas, Núcleo de Formación Planetaria (NPF)