JWST detecta hidrocarburos en el disco alrededor de una estrella de muy baja masa
Por: Max Planck Society.
06 de junio de 2024
Impresión artística de un disco protoplanetario alrededor de una estrella de muy baja masa. Representa una selección de moléculas de hidrocarburos. Crédito de la imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / MPIA.
Los planetas se forman en discos de gas y polvo, orbitando estrellas jóvenes. El MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS), dirigido por Thomas Henning del Instituto Max Planck de Astronomía (MPIA) en Heidelberg, Alemania, tiene como objetivo establecer una muestra de disco representativa. Al explorar su química y propiedades físicas con MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) a bordo del Telescopio Espacial James Webb (JWST), la colaboración vincula esos discos con las propiedades de los planetas que potencialmente se forman allí. El estudio se centró en el sistema estelar ISO-ChaI 147 ubicada a unos 600 años luz de distancia en la nube de formación estelar Chamaeleon I, que contiene entre 200 y 300 estrellas jóvenes
"Estas observaciones no son posibles desde la Tierra porque las emisiones de gases relevantes son absorbidas por su atmósfera", explicó el autor principal Aditya Arabhavi de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. La colaboración MINDS encontró gas a temperaturas de alrededor de 300 Kelvin (aproximadamente 27 grados Celsius), fuertemente enriquecido con moléculas que contienen carbono pero que carecen de especies ricas en oxígeno. "Esto es profundamente diferente de la composición que vemos en los discos alrededor de estrellas de tipo solar, donde dominan las moléculas portadoras de oxígeno, como el agua y el dióxido de carbono", añadió Inga Kamp, miembro del equipo, de la Universidad de Groningen.
Un ejemplo sorprendente de disco rico en oxígeno es el del sistema PDS 70, donde el programa MINDS encontró recientemente grandes cantidades de vapor de agua. Teniendo en cuenta observaciones anteriores, los astrónomos deducen que los discos alrededor de estrellas de muy baja masa evolucionan de manera diferente que aquellos alrededor de estrellas más masivas como el Sol, con posibles implicaciones para encontrar allí planetas rocosos con características similares a la Tierra. Dado que los entornos en tales discos establecen las condiciones en las que se forman nuevos planetas, cualquiera de estos planetas puede ser rocoso pero muy diferente de la Tierra en otros aspectos.
La cantidad de material y su distribución entre esos discos limita la cantidad y el tamaño de los planetas que el disco puede suministrar con el material necesario. En consecuencia, las observaciones indican que los planetas rocosos con tamaños similares a la Tierra se forman más eficientemente que los gigantes gaseosos similares a Júpiter en los discos alrededor de estrellas de muy baja masa, las estrellas más comunes del universo. Como resultado, las estrellas de muy baja masa albergan con diferencia la mayoría de los planetas terrestres.
Aunque parece claro que los discos alrededor de estrellas de muy baja masa contienen más carbono que oxígeno, aún se desconoce el mecanismo de este desequilibrio. La composición del disco es el resultado del enriquecimiento de carbono o de la reducción de oxígeno. Si el carbono se enriquece, la causa probablemente son las partículas sólidas en el disco, cuyo carbono se vaporiza y se libera en el componente gaseoso del disco.
Los granos de polvo, despojados de su carbono original, acaban formando cuerpos planetarios rocosos. Esos planetas serían pobres en carbono, al igual que la Tierra. Aún así, la química basada en el carbono probablemente dominaría al menos sus atmósferas primarias proporcionadas por el gas del disco. Por lo tanto, es posible que las estrellas de muy baja masa no ofrezcan los mejores entornos para encontrar planetas similares a la Tierra.
Para identificar los gases del disco del sistema ISO-ChaI 147, el equipo utilizó el espectrógrafo de MIRI para descomponer la radiación infrarroja recibida del disco en firmas de pequeños rangos de longitud de onda, similar a la luz solar dividida en un arco iris. De esta manera, el equipo aisló una gran cantidad de firmas individuales atribuidas a varias moléculas.
Como resultado, el disco observado contiene la química de hidrocarburos más rica vista hasta la fecha en un disco protoplanetario, que consta de 13 moléculas que contienen carbono hasta benceno, incluyendo la primera detección extrasolar de etano, el hidrocarburo completamente saturado más grande detectado fuera del Sistema Solar. Estos resultados, fueron publicados en la prestigiosa revista Science y dan cuenta del rico entorno químico de un disco protoplanetario alrededor de una estrella de 0,11 veces la masa del Sol y con una edad estimada entre los 1 y 2 millones de años.
El equipo también detectó con éxito etileno, cianoacetileno, propino y el radical metilo por primera vez en un disco protoplanetario, por el contrario, los datos no contenían ningún indicio de agua o monóxido de carbono en el disco. A continuación, el equipo científico pretende ampliar su estudio a una muestra más grande de estos discos alrededor de estrellas de muy baja masa para desarrollar su comprensión de cuán comunes son estas regiones exóticas de formación de planetas terrestres ricas en carbono.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-06-jwst-large-variety-carbon-rich.html