Hallazgos del JWST respaldan modelos actuales sobre formación planetaria        

Por: Ann Jenkins, STScI.

08 de noviembre de 2023.

Ilustración comparativa de dos tipos de discos típicos de formación de planetas alrededor de estrellas recién nacidas similares al Sol. Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI).

Los científicos que utilizan el telescopio espacial James Webb (JWST) acaban de hacer un descubrimiento revolucionario al revelar cómo se forman los planetas. Al observar el vapor de agua en los discos protoplanetarios, Webb confirmó un proceso físico que implica la deriva de sólidos cubiertos de hielo desde las regiones exteriores del disco hacia la zona rocosa del planeta. Durante mucho tiempo se ha propuesto que los guijarros helados que se forman en las frías regiones exteriores de los discos protoplanetarios (la misma zona donde se originan los cometas en nuestro Sistema Solar) deberían ser las semillas fundamentales de la formación de planetas.

El principal requisito de estas teorías es que los guijarros deberían desplazarse hacia el interior de la estrella debido a la fricción en el disco gaseoso, entregando sólidos y agua a los planetas. Una predicción fundamental de esta teoría es que a medida que los guijarros helados ingresan a la región más cálida dentro de la "línea de nieve", donde el hielo pasa a vapor, deberían liberar grandes cantidades de vapor de agua fría. Esto es exactamente lo que observó Webb.

Los investigadores utilizaron el MIRI (instrumento de infrarrojo medio) del JWST para estudiar cuatro discos (dos compactos y dos extendidos) alrededor de estrellas similares al Sol. Se estima que estas cuatro estrellas tienen entre 2 y 3 millones de años, apenas recién nacidas en el tiempo cósmico. Se espera que los dos discos compactos experimenten una eficiente deriva de los guijarros, transportándolos a una distancia equivalente a la órbita de Neptuno. Por el contrario, se espera que los discos extendidos tengan sus guijarros retenidos en múltiples anillos hasta seis veces la órbita de Neptuno.

Las observaciones de Webb fueron diseñadas para determinar si los discos compactos tienen una mayor abundancia de agua en la región rocosa del planeta interior, como se esperaba si la deriva de los guijarros es más eficiente y está entregando mucha masa sólida y agua a los planetas interiores. El equipo optó por utilizar el MRS (espectrómetro de resolución media) de MIRI porque es sensible al vapor de agua en los discos. Los resultados confirmaron las expectativas al revelar un exceso de agua fría en los discos compactos, en comparación con los discos grandes.

A medida que los guijarros se desplazan, cada vez que encuentran un aumento de presión y tienden a acumularse allí. Estas trampas de presión no necesariamente impiden la deriva de guijarros, pero sí la impiden. Esto es lo que parece estar sucediendo en los grandes discos con anillos y espacios. Las investigaciones actuales proponen que los planetas grandes pueden causar anillos de mayor presión, donde tienden a acumularse los guijarros. Esto también podría haber sido un papel de Júpiter en nuestro Sistema Solar: inhibir el suministro de guijarros y agua a nuestros planetas rocosos pequeños, interiores y relativamente pobres en agua.

Los científicos comprobaron que los discos compactos tenían agua más fría y los discos grandes tenían agua más caliente en general, un resultado algo desconcertante ya que la selección de los sistemas se había tomado en función de una muestra de estrellas con temperaturas muy similares. Cuando el equipo de investigación superpuso los datos de los discos compactos a los datos de los discos grandes surgió claramente la respuesta: los discos compactos tienen agua extra fría justo dentro de la línea de nieve, aproximadamente diez veces más cerca que la órbita de Neptuno.

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