Primera detección inequívoca de un disco formador de lunas alrededor de un exoplaneta

22 Julio, 2021 / Tiempo de lectura: 11 minutes

Utilizando el Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA), la comunidad astronómica ha detectado inequívocamente, y por primera vez, la presencia de un disco alrededor de un planeta fuera de nuestro Sistema Solar. Las observaciones arrojarán nueva luz sobre cómo se forman las lunas y los planetas en los sistemas estelares jóvenes.

"Nuestro trabajo presenta una clara detección de un disco en el que podrían estar formándose satélites", afirma Myriam Benisty, investigadora de la Universidad de Grenoble (Francia) y de la Universidad de Chile, quien ha liderado esta nueva investigación publicada hoy en The Astrophysical Journal Letters. "Nuestras observaciones con ALMA se obtuvieron a una resolución tan exquisita que pudimos identificar claramente que el disco está asociado con el planeta y pudimos restringir su tamaño por primera vez", añade.

El disco en cuestión, llamado disco circumplanetario, rodea al exoplaneta PDS 70c, uno de los dos planetas gigantes similares a Júpiter que orbitan a una estrella que se encuentra a casi 400 años luz de distancia. La comunidad astronómica ya había detectado antes indicios de la presencia de un disco "formador de lunas" alrededor de este exoplaneta, pero, como no podían distinguir claramente el disco de su entorno circundante, no han podido confirmar su detección hasta ahora.

Además, con la ayuda de ALMA, Benisty y su equipo descubrieron que el disco tiene aproximadamente el mismo diámetro que la distancia que hay entre nuestro Sol y la Tierra, y suficiente masa como para formar hasta tres satélites del tamaño de la Luna.

Pero los resultados no solo son clave para descubrir cómo surgen las lunas. "Estas nuevas observaciones también son extremadamente importantes para probar teorías sobre formación de planetas que no se han podido corroborar hasta ahora", afirma Jaehan Bae, investigador del Laboratorio de la Tierra y los Planetas de la Institución Carnegie para la Ciencia (EE.UU.) y uno de los autores del estudio.

Los planetas se forman en discos polvorientos alrededor de estrellas jóvenes, horadando huecos a medida que engullen el material de este disco circunestelar que les permite crecer. En este proceso, un planeta puede adquirir su propio disco circumplanetario, que contribuye al crecimiento del planeta regulando la cantidad de material que cae sobre él. Al mismo tiempo, el gas y el polvo del disco circumplanetario pueden unirse en cuerpos cada vez más grandes a través de múltiples colisiones, lo que finalmente conduce al nacimiento de lunas.

Pero la comunidad astronómica aún no entiende por completo los detalles de estos procesos. "En resumen, todavía no está claro cuándo, dónde y cómo se forman los planetas y las lunas", explica Stefano Facchini, investigador Fellow de ESO, también involucrado en la investigación.

"Hasta ahora se han encontrado más de 4000 exoplanetas, pero todos han sido detectados en sistemas maduros. PDS 70b y PDS 70c, que forman un sistema que recuerda al par Júpiter-Saturno, son los dos únicos exoplanetas detectados hasta ahora que aún están en proceso de formación", explica Miriam Keppler, investigadora del Instituto Max Planck de Astronomía (Alemania) y una de las coautoras del estudio [1].

"Por lo tanto, este sistema nos ofrece una oportunidad única para observar y estudiar los procesos de formación de planetas y satélites", añade Facchini.

PDS 70b y PDS 70c, los dos planetas que componen el sistema, fueron descubiertos por primera vez utilizando el Very Large Telescope (VLT) de ESO en 2018 y 2019 respectivamente, y dada su naturaleza única se han observado con otros telescopios e instrumentos muchas veces desde entonces [2].

Ahora, las últimas observaciones de alta resolución de ALMA, han permitido a la comunidad astronómica obtener más información sobre el sistema. Además de confirmar la detección del disco circumplanetario alrededor de PDS 70c y estudiar su tamaño y masa, descubrieron que PDS 70b no muestra evidencia clara de tener este tipo de disco, lo que indica que PDS 70c consumió toda la materia polvorienta que se encontraba en su lugar de nacimiento.

El Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, actualmente en construcción en Cerro Armazones, en el desierto chileno de Atacama proporcionará un conocimiento más profundo sobre este sistema planetario: "El ELT será clave para esta investigación ya que, con su resolución, mucho más alta, podremos mapear el sistema con gran detalle", declara el coautor Richard Teague, investigador del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (EE.UU.) En particular, mediante el uso del instrumento METIS(Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph, instrumento para espectrografía e imagen en el infrarrojo medio del ELT), el equipo podrá observar los movimientos del gas que rodea a PDS 70c con el fin de obtener una imagen 3D completa del sistema.

Notas

[1] A pesar de la similitud con el par Júpiter-Saturno, hay que tener en cuenta que el disco alrededor de PDS 70c es aproximadamente 500 veces más grande que los anillos de Saturno.

[2] PDS 70b fue descubierto usando el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet Research, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), mientras que PDS 70c fue detectado usando el instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer, explorador espectroscópico multi unidad) del VLT. El sistema de dos planetas también ha sido estudiado usando el instrumento X-shooter, también instalado en el VLT de ESO.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico “A Circumplanetary Disk Around PDS 70c” que aparece en la revista The Astrophysical Journal Letters.

El equipo está formado por Myriam Benisty (Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS, Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chile y Universdad Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Francia [UGA]); Jaehan Bae (Laboratorio de la Tierra y los Planetas, Institución Carnegie para la Ciencia, Washington DC, EE.UU.); Stefano Facchini (Observatorio Europeo Austral, Garching, cerca de Múnich, Alemania); Miriam Keppler (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]); Richard Teague (Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian, Cambridge, MA, EE.UU. [CfA]); Andrea Isella (Departamento de Física y Astronomía, Universidad Rice, Houston, TX, EE.UU.); Nicolas T. Kurtovic (MPIA); Laura M. Perez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago de Chile, Chile [UCHILE]); Anibal Sierra (UCHILE); Sean M. Andrews (CfA); John Carpenter (Observatorio Conjunto Joint ALMA, Santiago de Chile, Chile); Ian Czekala (Departamento de Astronomía y Astrofísica, Universidad Estatal de Pensilvania, PA, EE.UU., Centro de Exoplanetas y Mundos Habitables, Laboratorio Davey, Universidad Estatal de Pensilvania, PA, EE.UU., Centro de Astroestadística, Laboratorio Davey, Universidad Estatal de Pensilvania, PA, EE.UU., e Instituto de Ciencias Computacionales y de Datos, Universidad Estatal de Pensilvania, PA, EE.UU.); Carsten Dominik (Instituto Anton Pannekoek de Astronomía, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos); Thomas Henning (MPIA); Francois Menard (UGA); Paola Pinilla (MPIA y Laboratorio Mullard de Ciencias Espaciales, University College de Londres, Holmbury St Mary, Dorking, Reino Unido); y Alice Zurlo (Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago de Chile, Chile and Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Santiago de Chile, Chile).

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO, por su sigla en inglés), socio de ALMA en nombre de Europa.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.