Descubren un trío de planetas jóvenes alrededor de una estrella recién nacida

Son considerados los primeros planetas descubiertos con ALMA.

OBSERVATORIO ALMA/DICYT Dos equipos independientes de astrónomos han utilizado el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para obtener pruebas convincentes de que hay tres jóvenes planetas orbitando alrededor de la estrella HD 163296. Usando una nueva técnica de búsqueda de planetas, los astrónomos identificaron tres perturbaciones en el disco de gas que hay alrededor de la joven estrella: se trata de la evidencia más fuerte hallada hasta el momento de que está siendo orbitada por tres planetas recién formados. Son considerados los primeros planetas descubiertos con ALMA.

ALMA ha transformado nuestra comprensión de los discos protoplanetarios, las fábricas de planetas cargadas de polvo y gas que rodean a estrellas jóvenes. Los anillos y los huecos de estos discos proporcionan interesantes indicios de la presencia de protoplanetas. Sin embargo, otros fenómenos también podrían explicar estas características.

Pero ahora, usando una nueva técnica de búsqueda de planetas que identifica patrones inusuales en el flujo de gas dentro de un disco de formación de planetas alrededor de una estrella joven, dos equipos de astrónomos han confirmado, de manera independiente, la existencia de diferentes características distintivas que señalan la presencia de planetas recién formados orbitando a una estrella muy joven.

“Medir el flujo de gas dentro de un disco protoplanetario nos proporciona mucha más seguridad sobre la presencia de planetas alrededor de una estrella joven”, afirma Christophe Pinte, de la Universidad de Monash (Australia) y autor principal de uno de los dos artículos. “Esta técnica ofrece una prometedora nueva vía para comprender cómo se forman los sistemas planetarios”.

Para hacer sus respectivos descubrimientos, cada equipo analizó observaciones de ALMA de HD 163296, una joven estrella situada a unos 330 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario (el arquero). Esta estrella tiene casi dos veces la masa del Sol, pero solo 4 millones de años de edad (una milésima parte de la edad del Sol).

“Analizamos el movimiento localizado a pequeña escala del gas en los discos protoplanetarios de la estrella. Este nuevo enfoque podría descubrir algunos de los planetas más pequeños de nuestra galaxia, todo gracias a las imágenes de alta resolución de ALMA”, dijo Richard Teague, astrónomo de la Universidad de Michigan y autor principal del segundo artículo.

Nuestro Sistema Solar se formó a partir de una enorme nube primordial de gas y polvo. Gran parte de esa nube formó el Sol, mientras que el disco sobrante de material en rotación alrededor de él, se unió, formando finalmente los planetas que lo orbitan y que hoy conocemos (incluido el planeta en el que vivimos). Los astrónomos pueden observar procesos similares que tienen lugar alrededor de otras estrellas.

Usando las capacidades de observación de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), en Chile, los astrónomos han podido discernir características específicas en el disco, incluyendo los anillos concéntricos de material que rodean a la estrella central. Gracias a ALMA, fueron incluso capaces de obtener medidas de alta resolución de los componentes de gas y polvo del disco. Con estos datos han podido inferir detalles clave de la historia de la formación de este joven sistema estelar.

En lugar de centrarse en el polvo del interior del disco, del cual se obtuvieron imágenes muy definidas gracias a observaciones anteriores de ALMA, los astrónomos estudiaron el gas de monóxido de carbono (CO) repartido por el disco. Las moléculas de CO emiten una luz muy peculiar en la longitud de onda milimétrica, un rango que ALMA puede observar con gran detalle. Sutiles cambios en la longitud de onda de esta luz debido al efecto Doppler revelaron los movimientos del gas en el disco.

El equipo dirigido por Teague identificó dos planetas situados aproximadamente a 12.000 millones y 21.000 millones de kilómetros de la estrella. El otro equipo, liderado por Pinte, identificó un planeta a aproximadamente 39.000 millones de kilómetros de la estrella.

Los dos equipos utilizaron variantes de la misma técnica, que busca anomalías en el flujo del gas (según revelan los cambios en las longitudes de onda de la emisión de CO), lo cual indica que el gas está interactuando con un objeto masivo.

La técnica utilizada por Teague, que derivó variaciones promedio en el flujo de gas muy pequeñas (un pequeño porcentaje), reveló el impacto de varios planetas en los movimientos de gas cerca de la estrella. La técnica utilizada por Pinte, que mide el flujo del gas de forma más directa, se adapta mejor al estudio de la parte externa del disco. Permitió a los autores localizar con mayor precisión el tercer planeta, pero se limita a grandes desviaciones del flujo, mayores que un 10%.

En ambos casos, los investigadores identificaron las áreas donde el flujo del gas no coincide con su entorno, algo parecido a los remolinos que se forman alrededor de una roca en un río. Analizando cuidadosamente ese movimiento, podían ver claramente la influencia de cuerpos planetarios con masas similares a la de Júpiter.

“El nivel de precisión es impresionante”, celebra el coautor Til Birnstiel, del University Observatory Munich. En un sistema donde el gas gira a unos 5 kilómetros por segundo, ALMA detectó cambios de velocidad de tan solo algunos metros por segundo. “Esto nos permite encontrar diminutas diferencias con respecto a la rotación normal esperada en un disco”, explica Teague. Los planetas cambian la densidad del gas cerca de sus órbitas, lo que altera la presión del gas y provoca estos cambios de velocidad.

Esta nueva técnica permite a los astrónomos hacer una estimación más precisa de las masas protoplanetarias y es menos probable obtener falsos positivos. “Estamos poniendo a ALMA en la vanguardia del campo de la detección de planetas”, afirma el coautor Ted Bergin, de la Universidad de Michigan.

“Muchas veces, en la ciencia, las ideas resultan ser equivocadas y las suposiciones se desmienten. Este es uno de esos casos donde los resultados son mucho más alentadores de lo que me había imaginado”, comenta Birnstiel.

Ambos equipos seguirán refinando este método y lo aplicarán en otros discos, donde esperan entender mejor cómo se forman las atmósferas y qué elementos y moléculas participan en el proceso de nacimiento de un planeta.

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