Astrónomos descubren escurridizo planeta responsable de brazos espirales alrededor de su estrella

Gran Telescopio Binocular de Arizona. El instrumento LBTI combina la luz infrarroja de ambos espejos de 8,4 metros para obtener imágenes de planetas y discos alrededor de estrellas jóvenes y cercanas. Crédito: D. Steele, Observatorio del Gran Telescopio Binocular

Las representaciones de la Vía Láctea muestran un patrón enrollado de “brazos” en espiral llenos de estrellas que se extienden hacia afuera desde el centro. Se han observado patrones similares en las nubes arremolinadas de gas y polvo que rodean algunas estrellas jóvenes, formando sistemas planetarios.

Estos llamados discos protoplanetarios, que son los lugares de nacimiento de los planetas jóvenes, son de interés para los científicos porque brindan información sobre cómo podría haber sido el sistema solar en su infancia y cómo se pueden formar los planetas en general. Los científicos han pensado durante mucho tiempo que los brazos espirales en estos discos podrían ser causados ​​por planetas nacientes, pero hasta ahora no se ha detectado ninguno.

En un artículo publicado en astronomía de la naturaleza, Investigadores de la Universidad de Arizona informan del descubrimiento de un exoplaneta gigante, denominado MWC 758c, que puede estar generando brazos espirales en su sistema planetario recién formado. Los astrónomos también proponen posibilidades de por qué los científicos han buscado encontrar este planeta en el pasado y cómo sus métodos podrían aplicarse para detectar otros planetas ocultos en circunstancias similares.

“Nuestra investigación proporciona evidencia sólida de que estos brazos espirales son causados ​​por planetas gigantes”, dijo Kevin Wagner, autor principal del artículo e investigador postdoctoral en el Observatorio Steward de la Universidad de Arizona. “Con el nuevo telescopio espacial James Webb, podremos seguir probando y apoyando esta idea buscando más planetas como MWC 758c”.

La estrella del planeta está a unos 500 años luz de la Tierra y tiene solo unos pocos millones de años, un embrión en comparación con nuestro sol, que tiene 4.600 millones de años. Por lo tanto, el sistema todavía tiene un disco protoplanetario, ya que los desechos en órbita tardan alrededor de 10 millones de años en expulsarlos del sistema, ser absorbidos por una estrella o formar planetas, lunas, asteroides y cometas. Había un patrón en espiral distinto en los escombros de este sistema. descubierto por primera vez en 2013, y los astrónomos rápidamente dirigieron su atención a la conexión con simulaciones teóricas de la formación de planetas gigantes.

“Pienso en este sistema como una analogía de cómo se vería nuestro propio sistema solar con menos del 1% de su vida útil”, dijo Wagner. “Júpiter, al ser un planeta gigante, probablemente también interactuó con nuestro propio disco y lo esculpió gravitacionalmente hace miles de millones de años, lo que finalmente condujo a la formación de la Tierra”.

Los astrónomos han obtenido imágenes de la mayoría de los discos protoplanetarios en los sistemas estelares que son visibles con los telescopios actuales. De las aproximadamente 30 unidades identificadas, alrededor de un tercio tienen brazos espirales, vórtices distintos en las partículas de gas y polvo del disco.

Imagen de un planeta gigante impulsando brazos espirales en un disco protoplanetario a partir de simulaciones teóricas. Fuente: L. Krapp y K. Kratter, Universidad de Arizona

“Los brazos en espiral pueden proporcionar información sobre el proceso mismo de formación de planetas”, dijo Wagner. “Nuestras observaciones de este nuevo planeta respaldan aún más la idea de que los planetas gigantes se forman temprano, acumulando masa del entorno en el que nacieron, y luego alteran gravitacionalmente el entorno posterior para permitir que se formen otros planetas más pequeños”.

Los brazos espirales son generados por la atracción gravitatoria del compañero en órbita sobre el material que orbita alrededor de la estrella. En otras palabras, se esperaba que la presencia de un compañero masivo, como un planeta gigante, indujera un patrón en espiral en el disco. Sin embargo, intentos anteriores para detectar un planeta responsable resultó estar vacío-hasta ahora.

“Era una pregunta abierta sobre por qué no hemos visto ninguno de estos planetas todavía”, dijo Wagner. “La mayoría de los modelos de formación de planetas sugieren que los planetas gigantes deberían ser muy brillantes poco después de formarse, y tales planetas ya deberían detectarse”.

Los científicos finalmente pudieron detectar MWC 758c con el LBTI (interferómetro del telescopio binocular grande), un instrumento construido en Arizona que combina los dos espejos principales de 8,4 metros del telescopio, que pueden observar en longitudes de onda más largas en el infrarrojo medio, a diferencia de la mayoría de los otros instrumentos utilizados para observar exoplanetas en longitudes de onda más cortas o más azules. Según Steve Ertel, coautor del artículo y científico jefe de LBTI, el instrumento tiene una cámara que puede detectar luz infrarroja de manera similar al Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA.

Si bien se estima que el exoplaneta tiene al menos el doble de masa que Júpiter, era invisible para otros telescopios debido a su inesperado color rojo: el planeta “más rojo” jamás descubierto, dijo Ertel. Las longitudes de onda más largas y más rojas son más difíciles de detectar que las longitudes de onda más cortas debido al resplandor térmico de la atmósfera terrestre y al propio telescopio. El LBTI es uno de los telescopios infrarrojos más sensibles jamás construidos y, debido a su mayor tamaño, puede incluso superar al JWST en la detección de planetas muy cercanos a sus estrellas, como MWC 758c.

“Proponemos dos modelos diferentes para explicar por qué este planeta es más brillante en longitudes de onda más largas”, dijo Ertel. “O es un planeta con una temperatura más baja de lo esperado, o es un planeta que todavía está caliente desde su formación y resulta que está rodeado de polvo”.

“Si un planeta está rodeado por mucho polvo, absorberá longitudes de onda más cortas o luz más azul, haciendo que el planeta parezca brillante solo en longitudes de onda más largas y más rojas”, dijo la coautora del estudio Kaitlin Kratter, astrofísica teórica en UArizona. “En otro escenario, un planeta más frío rodeado de menos polvo es más débil y emite más luz en longitudes de onda más largas”.

Sistema planetario MWC 758 observado por el LBTI (Interferómetro del Gran Telescopio Binocular) en el infrarrojo. Las simulaciones teóricas sugieren que el planeta “c” recién descubierto es probablemente el responsable de la forma espiral del disco de gas y polvo que rodea a la joven estrella. Fuente: K. Wagner et al.

Wagner dijo que grandes cantidades de polvo cerca del planeta podrían indicar que el planeta todavía se está formando y que puede estar en proceso de generar un sistema de lunas como las lunas de Júpiter alrededor de Júpiter. Por otro lado, si un planeta sigue un modelo más frío, es posible que algo esté sucediendo en estos primeros sistemas estelares que provoque que los planetas se formen más fríos de lo esperado, lo que llevó a los científicos planetarios a revisar sus modelos de formación de planetas y sus estrategias de detección de exoplanetas.

“En ambos casos, ahora sabemos que debemos comenzar a buscar protoplanetas más rojos en aquellos sistemas que tienen brazos en espiral”, dijo Wagner.

Los astrónomos predicen que después de observar un exoplaneta gigante con el telescopio espacial James Webb, podrán juzgar cuál de los dos escenarios se está desarrollando en el sistema recién formado. Al equipo se le concedió tiempo para usar JWST a principios de 2024 para completar estas observaciones.

“Dependiendo de los resultados de las observaciones del JWST, podemos comenzar a aplicar este nuevo conocimiento a otros sistemas estelares”, dijo Wagner, “y esto nos permitirá predecir dónde podrían estar al acecho otros planetas ocultos y darnos una idea de qué propiedades debemos buscar para encontrarlas.” detectar”.

Proporcionado por la Universidad de Arizona

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *