El Hubble encuentra un planeta formándose de una manera poco convencional

Representación artística de un exoplaneta masivo en formación alrededor de la estrella AB Aurigae. Más infrmación.
Crédito: Arte de NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI).

Resumen

La evidencia muestra un colapso violento responsable de la formación de un protoplaneta similar a Júpiter.

En general, la formación de planetas en nuestro universo puede compararse con cocinar una comida. Así como los «ingredientes» para formar un planeta pueden cambiar, también puede cambiar el «método de cocción».

Los investigadores que utilizan el telescopio espacial Hubble han captado un planeta en el acto de lo que podría compararse con un «flash fry» (fritura rápida): un proceso violento e intenso llamado inestabilidad del disco. En este método, en lugar de tener un planeta que crece y se construye a partir de un pequeño núcleo que acumula materia y gas, el disco protoplanetario alrededor de una estrella se enfría y la gravedad hace que se rompa en uno o más fragmentos de masa planetaria.

Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo pruebas claras de este proceso como un candidato viable en la formación de grandes planetas similares a Júpiter, y la resolución y la longevidad del Hubble demostraron ser una pieza clave del rompecabezas que faltaba.

El hallazgo

El telescopio espacial Hubble de la NASA ha fotografiado directamente la evidencia de la formación de un protoplaneta similar a Júpiter a través de lo que los investigadores describen como un «proceso intenso y violento». Este descubrimiento respalda una teoría debatida durante mucho tiempo sobre cómo se forman los planetas como Júpiter, llamada «inestabilidad del disco».

El nuevo mundo en construcción está incrustado en un disco protoplanetario de polvo y gas con una estructura espiral distintiva que gira alrededor de una estrella joven que se estima que tiene alrededor de 2 millones de años. Esa era aproximadamente la edad de nuestro Sistema Solar cuando la formación de planetas estaba en marcha. (La edad del Sistema Solar es actualmente de 4.600 millones de años).

«La naturaleza es inteligente; puede producir planetas en una variedad de formas diferentes», dijo Thayne Currie del Telescopio Subaru y Eureka Scientific, Investigador Principal del estudio.

Todos los planetas están hechos de material que se originó en un disco circun estelar. La teoría dominante para la formación de planetas jovianos se llama «acreción del núcleo», un enfoque de abajo hacia arriba en el que los planetas incrustados en el disco crecen a partir de objetos pequeños, con tamaños que van desde granos de polvo hasta cantos rodados, que chocan y se unen mientras orbitan una estrella. Este núcleo luego acumula lentamente gas del disco. Por el contrario, el enfoque de inestabilidad del disco es un modelo de arriba hacia abajo en el que a medida que se enfría un disco masivo alrededor de una estrella, la gravedad hace que el disco se rompa rápidamente en uno o más fragmentos de masa planetaria.

El planeta recién formado, llamado AB Aurigae b, es probablemente unas nueve veces más masivo que Júpiter y orbita su estrella anfitriona a una distancia de 8.600 millones de millas (13760 millones de kilómetros), más de dos veces más lejos que Plutón de nuestro Sol. A esa distancia, llevaría mucho tiempo, si es que llega a ocurrir, que se formara un planeta del tamaño de Júpiter por acreción del núcleo. Esto lleva a los investigadores a concluir que la inestabilidad del disco ha permitido que este planeta se forme a una distancia tan grande. Y está en un marcado contraste con las expectativas de formación de planetas por el modelo de acreción de núcleo ampliamente aceptado.

El nuevo análisis combina datos de dos instrumentos del Hubble: el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial y la cámara de infrarrojo cercano y el espectrógrafo de objetos múltiples. Estos datos se compararon con los de un instrumento de imágenes de planetas de última generación llamado SCExAO en el Telescopio Subaru de Japón de 8,2 metros ubicado en la cumbre de Mauna Kea, Hawái. La gran cantidad de datos de los telescopios espaciales y terrestres resultó fundamental, porque es muy difícil distinguir entre planetas jóvenes y características de disco complejas que no están relacionadas con los planetas.

«Interpretar este sistema es extremadamente desafiante», dijo Currie. «Esta es una de las razones por las que necesitábamos el Hubble para este proyecto: una imagen limpia para separar mejor la luz del disco y de cualquier planeta».

La propia naturaleza también nos ayudó: el vasto disco de polvo y gas que gira alrededor de la estrella AB Aurigae está inclinado casi de frente a nuestra vista desde la Tierra.

Currie enfatizó que la longevidad del Hubble desempeñó un papel particular en ayudar a los investigadores a medir la órbita del protoplaneta. Originalmente era muy escéptico de que AB Aurigae b fuera un planeta. Los datos de archivo del Hubble, combinados con imágenes del Subaru, demostraron ser un punto de inflexión para cambiar de opinión.

«No pudimos detectar este movimiento en el orden de uno o dos años», dijo Currie. «El Hubble proporcionó una línea de base de tiempo, combinada con datos de Subaru, de 13 años, que fue suficiente para poder detectar el movimiento orbital».

«Este resultado aprovecha las observaciones terrestres y espaciales y podemos retroceder en el tiempo con las observaciones de archivo del Hubble», agregó Olivier Guyon de la Universidad de Arizona, Tucson, y el Telescopio Subaru, Hawái. «AB Aurigae b ahora se ha analizado en múltiples longitudes de onda y ha surgido una imagen consistente, una que es muy sólida».

Los investigadores pudieron obtener imágenes directamente del exoplaneta AB Aurigae b en formación durante un período de 13 años utilizando el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) del Hubble y su cámara de infrarrojo cercano y espectrógrafo de objetos múltiples (NICMOS).
En la parte superior derecha, la imagen NICMOS del Hubble capturada en 2007 muestra a AB Aurigae b en una posición hacia el sur en comparación con su estrella anfitriona, que está cubierta por el coronógrafo del instrumento. 
La imagen capturada en 2021 por STIS muestra que el protoplaneta se ha movido en sentido antihorario a lo largo del tiempo.

CRÉDITOS CIENCIA: NASA, ESA, Thayne Currie (Subaru Telescope, Eureka Scientific Inc.)
Procesamiento de imágenes: Thayne Currie (Subaru Telescope, Eureka Scientific Inc.), Alyssa Pagan (STScI).

Los resultados del equipo se publicaron en la edición del 4 de Abril de Nature Astronomy.

Conclusiones

«Este nuevo descubrimiento es una fuerte evidencia de que algunos planetas gigantes gaseosos pueden formarse por el mecanismo de inestabilidad del disco», enfatizó Alan Boss de la Carnegie Institution of Science en Washington, DC. «Al final, la gravedad es todo lo que cuenta, ya que los restos del proceso de formación de estrellas terminarán siendo atraídos por la gravedad para formar planetas, de una forma u otra».

Comprender los primeros días de la formación de planetas similares a Júpiter proporciona a los astrónomos más contexto sobre la historia de nuestro propio Sistema Solar. Este descubrimiento allana el camino para futuros estudios de la composición química de discos protoplanetarios como el de AB Aurigae, incluso con el Telescopio Espacial James Webb de la NASA.

El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, DC.

Fuente: Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (Space Telescope Science Institute, STScI).

Artículo original: ‘Hubble finds a planet forming in an unconventional way‘. Hannah Braun, Ray Villard, Thayne Currie, Olivier Guyon, Kellen Lawson. April 04, 2022.

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