El nacimiento de los planetas gigantes

La formación de planetas gigantes alrededor de la estrella joven HD142527 ha creado un enorme hueco en el disco de gas que la rodea, y el radiotelescopio gigante ALMA ha detectado enormes corrientes de gas fluyendo a través de este hueco. Tales flujos de materia, que habían sido predichos teóricamente pero nunca observados antes, mantienen la acreción sobre la estrella, que aún se encuentra en formación, y sobre su anillo interior.

Fabricando planetas

Las regiones más densas de las nubes interestelares están constituidas por gas (esencialmente hidrógeno molecular) mezclado con una modesta cantidad de pequeñas partículas sólidas (‘polvo interestelar’). Todas las estrellas se forman mediante el colapso gravitatorio de estas regiones densas de las nubes interestelares. Cuando una zona de la nube se desploma por el efecto de su propio peso, sin que haya una fuerza suficiente que contrarreste el colapso, se forma una protoestrella que está rodeada por un disco achatado y rotante de material interestelar.

Las teorías ampliamente aceptadas de formación de planetas describen cómo las partículas de polvo del disco pueden ir colisionando para llegar a formar cuerpos sólidos (‘planetesimales’) progresivamente más grandes. Estos cuerpos crecen hasta formar protoplanetas que pueden atrapar el gas del entorno para formar atmósferas más o menos espesas dependiendo de la masa del protoplaneta.

Simulación de la formación de un júpiter | Bryden

Anillos, huecos y puentes

Según se forma un planeta se va despejando una división anular en el disco circunestelar, creándose así un ‘hueco’ que separa dos porciones anulares del disco: un disco interior y otro exterior. La teoría predice que un protoplaneta así formado puede servir de puente desde el disco exterior hacia el interior. La atracción gravitatoria del protoplaneta podría canalizar el gas procedente del anillo más exterior hacia las regiones centrales de la protoestrella. Se crearían así grandes corrientes de ‘acreción’ que podrían permitir que la protoestrella continuase creciendo, y que se formasen otros planetas, posiblemente más pequeños y rocosos, en el anillo interior.

Los protoplanetas son objetos muy poco brillantes y aún embebidos en el disco de gas y polvo en el que se han formado, por lo que son extremadamente difíciles de observar con los telescopios disponibles hoy. Se han observado huecos anulares en varios sistemas protoplanetarios, pero aún no había sido posible observar las corrientes de acreción que podrían ir asociadas a los protoplanetas.

Una estrella joven en Lupus

Para observar los detalles de la formación planetaria conviene dirigir el telescopio hacia sistemas protoplanetarios cercanos, que permitan discernir el máximo detalle, y que se encuentren perpendiculares a la línea de mirada, para que los efectos de proyección no compliquen la observación.

HD142527 en el infrarrojo con el telescopio Subaru

La estrella HD142527, a unos 450 años-luz en la constelación austral de Lupus (el Lobo), es un candidato excelente para este tipo de estudios. Su disco forma un ángulo de tan sólo unos 20 grados con respecto al plano del cielo, por lo que se observa casi frontalmente. La estrella está rodeada por un anillo interior de unas 10 unidades astronómicas de tamaño (esto es 10 veces la distancia de la Tierra al Sol, similar al tamaño de la órbita de Saturno) y de otro exterior que comienza unas 14 veces más lejos. Naturalmente se piensa que el hueco entre ambos anillos ha sido originado por la formación de planetas gigantes que han ‘barrido’ el material que falta. El disco de HD142527 es por tanto un objeto privilegiado en el que observar la formación de planetas.

Detalles sin precedentes

El astrónomo Simon Casassus de la Universidad de Chile, al frente de un equipo internacional de astrónomos, ha utilizado 19 antenas del radiotelescopio gigante ALMA para obtener imágenes con un detalle sin precedentes del sistema protoplanetario en HD142527. El telescopio ALMA acabará teniendo emplazadas sus 66 antenas a 5000 metros de altitud en el desierto de Atacama (Chile), pero con tan solo 19 ya era el instrumento más potente y sensible del mundo en su género.

HD142527 observada con ALMA | ALMA

Con ALMA, Casassus y colaboradores han observado que el disco exterior, con forma de herradura, se encuentra distorsionado posiblemente por la formación de planetas. Pero lo que es más sorprendente es la presencia de dos puentes de materia uniendo el anillo exterior con el interior. Estos sutiles puentes de materia aparecen en colores claros en la parte central-superior del hueco. Naturalmente es muy tentador pensar, de acuerdo con las ideas teóricas existentes, que tales puentes de materia corresponden a corrientes de acreción creadas por sendos planetas gigantes que se encuentran en formación en la región del hueco.

El gas denso de los anillos y los puentes se ha observado gracias a la emisión del ión HCO+. La medida de las velocidades del gas en los puentes muestra que el flujo de materia es el adecuado para mantener la acreción sobre la estrella central y el anillo interior.

Los astrónomos también han detectado, gracias a la emisión del monóxido de carbono (CO), un gas difuso en la región del hueco (en color azul en la imagen). La presencia de este gas difuso también está de acuerdo con la hipótesis de la formación de un par de planetas gigantes, pues si se estuviese formado una estrella compañera de la principal el hueco debería estar completamente limpio.

Primeros resultados de ALMA

Telescopio ALMA

Este descubrimiento tiene un significado especial por tratarse de uno de los primeros resultados del gran conjunto de radiotelescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Aunque aún en construcción en el desierto de Atacama (Chile), éste es ya el telescopio de ondas milimétricas y submilimétricas más potente del mundo. Cuando ALMA esté completamente operativo será posible observar muchos más detalles en los chorros de materia en HD142527, quizás se pueda llegar a detectar los protoplanetas de forma directa.

El trabajo de Casassus y colaboradores ha sido publicado en número reciente de la revista Nature. El manuscrito del artículo puede consultarse aquí.

También interesante

• HD142527 es lo que los astrónomos denominamos una estrella ‘de tipo Ae de Herbig’. Tiene el doble de masa que nuestro Sol, una temperatura atmosférica de unos 8000 K y es de color blanquecino. Su juventud se manifiesta por la presencia de líneas de emisión en su espectro. Estas líneas fueron identificadas por primera vez en estrellas jóvenes por el astrónomo norteamericano George Herbig (nacido en 1920)..


• Si la sonda Voyager 1 viajase por el sistema protoplanetario de HD142527, en lugar de por nuestro propio Sistema Solar, se encontraría ahora en el límite interior del disco exterior.


• Los primeros resultados de ALMA fueron presentados en un congreso científico internacional en Puerto Varas (Chile), entre el 12 y 15 de diciembre 2012, al que acudieron más de 200 astrónomos procedentes de todo el mundo.