¿Todos los espacios en los discos protoplanetarios albergan planetas?        

Por: Brian Koberlein, Universe Today.

13 de septiembre de 2023.

Representación artística de un disco protoplanetario en el que se están formando planetas. Crédito: ESO/L. Calzada.

Hace aproximadamente 5 mil millones de años la Tierra estaba en proceso de formación. El gas y el polvo se acumularon con el disco protoplanetario del joven Sol, probablemente empujados un poco por la atracción gravitacional resonante del emergente Júpiter y otros objetos. De acuerdo a los modelos, cuando la Tierra se formó, limpió su órbita de escombros, dejando un espacio en el disco visible desde años luz de distancia. Si bien sabemos que esta historia es razonablemente precisa, la idea de que planetas como la Tierra siempre limpian huecos en un disco protoplanetario probablemente no lo sea.

Durante décadas, la idea de que los planetas se formaran a partir de restos de estrellas jóvenes estuvo respaldada por imágenes de baja resolución de discos alrededor de diversas estrellas, el gas y el polvo que rodean a las estrellas jóvenes suelen ser fríos y débiles, lo que dificulta su estudio. Pero radiotelescopios avanzados como ALMA ahora han capturado imágenes detalladas de estos discos. Muchos de ellos poseen espacios anillados en gran parte libres de escombros, y algunos de estos espacios contienen protoplanetas visibles. Entonces, un consenso general es que los espacios en un disco indican la presencia de planetas, incluso si no podemos observarlos directamente.

Un nuevo estudio, examinó simulaciones de N cuerpos de discos primitivos, en las que de tres a siete protoplanetas interactúan con gas, polvo y guijarros dentro del disco. Su modelo es lo suficientemente sofisticado como para observar no sólo cómo estos planetas acumulan materia y crecen, sino también cómo las órbitas de los planetas pueden migrar a través de interacciones gravitacionales y cómo las interacciones con el disco pueden cambiar la forma de una órbita o su orientación relativa al disco. Simularon estos sistemas durante un lapso de 100 millones de años, tiempo suficiente para estudiar cómo los planetas podrían establecerse en órbitas estables.

Una de las cosas que descubrieron fue que dentro de un disco protoplanetario joven, con cinco a siete objetos se desarrollan rápidamente órbitas inestables. En sus simulaciones, la estabilidad se disolvió en 40.000 años, que es un abrir y cerrar de ojos cósmico. A los planetas les tomaría mucho más tiempo despejar un espacio en el disco. Esto significa que cuando vemos cinco o más espacios en un disco protoplanetario, no todos pueden ser despejados por los planetas. Es posible que los anillos sean causados ​​por las resonancias orbitales de un planeta particularmente grande, similar a la forma en que Júpiter trabajó para evitar la formación de planetas dentro del cinturón de asteroides.

Otro descubrimiento fue que las órbitas planetarias pueden migrar y cambiar drásticamente, lo que nuevamente no les permitiría despejar su trayectoria orbital. Es probable que los mundos más pequeños, en particular, pasen sus primeros días moviéndose a través del disco de manera caótica. Nuestra joven Tierra probablemente migró significativamente a medida que se formó, pasando la mayor parte de su tiempo escondida entre gas y polvo en lugar de visible en un espacio. Esto significa que a menudo no veremos mundos similares a la Tierra formándose en un disco protoplanetario, ya que no podemos distinguirlos del brillo general del disco.

Todo esto significa que no podemos establecer una conexión simple entre el número y el tamaño de los espacios observados en los primeros discos planetarios y el número y distribución de los exoplanetas que vemos en los sistemas estelares evolucionados. La formación planetaria es una danza compleja y, si bien conocemos algunos de los pasos, todavía nos queda mucho por aprender.

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