Nueva técnica para identificar pequeños planetas ocultos en discos protoplanetarios

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Crédito: M.Weiss/Center for Astrophysics | Harvard y Smithsonian

Los astrónomos están de acuerdo en que los planetas nacen en discos protoplanetarios, anillos de polvo y gas que rodean estrellas jóvenes y recién nacidas. Si bien cientos de estos discos han sido vistos en todo el universo, las observaciones del nacimiento y la formación planetaria real han demostrado ser difíciles dentro de estos entornos.

Ahora, los astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard y el Smithsonian han desarrollado una nueva forma de detectar estos esquivos planetas recién nacidos, y con ello, la evidencia de un pequeño planeta similar a Neptuno o Saturno al acecho en un disco. Los resultados se describen en The Astrophysical Journal Letters.

«Detectar directamente planetas jóvenes es muy desafiante y hasta ahora sólo ha tenido éxito en uno o dos casos», dice Feng Long, becario postdoctoral en el Centro de Astrofísica que dirigió el nuevo estudio. «Los planetas siempre son demasiado débiles para que los veamos porque están incrustados en gruesas capas de gas y polvo».

En cambio, los científicos deben buscar pistas para inferir que un planeta se está desarrollando bajo el polvo.

«En los últimos años, hemos visto muchas estructuras aparecer en los discos que creemos que son causadas por la presencia de un planeta, pero también podría ser causada por otra cosa», dice Long. «Necesitamos nuevas técnicas para ver y apoyar que un planeta está allí».

Para su estudio, Long decidió reexaminar un disco protoplanetario conocido como LkCa 15. Ubicado a 518 años luz de distancia, el disco se encuentra en la constelación de Tauro en el cielo. Los científicos reportaron previamente evidencia de formación de planetas en el disco utilizando observaciones con el Observatorio ALMA.

Long se sumergió en los nuevos datos de alta resolución de ALMA sobre LkCa 15, obtenidos principalmente en 2019, y descubrió dos características débiles que no se habían detectado anteriormente.

Alrededor de 42 unidades astronómicas fuera de la estrella, o 42 veces la distancia que la Tierra está del Sol, Long descubrió un anillo polvoriento con dos racimos separados y brillantes de material orbitando dentro de él. El material tomó la forma de un pequeño grupo y un arco más grande, y se separaron por 120 grados.

Long examinó el escenario con modelos de computadora para averiguar qué estaba causando la acumulación de material y aprendió que su tamaño y ubicaciones coincidían con el modelo de la presencia de un planeta.

«Este arco y grupo están separados por unos 120 grados», dice. «Ese grado de separación no solo sucede, es importante matemáticamente».

Puntos largos a posiciones en el espacio conocidas como puntos de Lagrange, donde dos cuerpos en movimiento, como una estrella y un planeta en órbita, producen regiones mejoradas de atracción a su alrededor donde la materia puede acumularse.

«Estamos viendo que este material no solo flota libremente, es estable y tiene una preferencia por dónde quiere ubicarse en función de la física y los objetos involucrados», explica Long.

En este caso, el arco y el grupo de material Long detectados se encuentran en los puntos de Lagrange L4 y L5. Oculto 60 grados entre ellos hay un pequeño planeta que causa la acumulación de polvo en los puntos L4 y L5.

Los resultados muestran que el planeta tiene aproximadamente el tamaño de Neptuno o Saturno, y alrededor de uno a tres millones de años. (Eso es relativamente joven cuando se trata de planetas).

Las imágenes directas del pequeño planeta recién nacido pueden no ser posibles en el corto plazo debido a las limitaciones tecnológicas, pero Long cree que las observaciones adicionales de ALMA de LkCa 15 pueden proporcionar evidencia adicional que respalde su descubrimiento planetario.

También espera que su nuevo enfoque para detectar planetas, con material que se acumula preferentemente en los puntos de Lagrange, sea utilizado en el futuro por los astrónomos.

«Espero que este método pueda ser ampliamente adoptado en el futuro», dice. «La única advertencia es que esto requiere datos muy profundos ya que la señal es débil».

Paco Gil
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