16 Abr Webb desvela la formación de planetas masivos
Astrónomos que utilizan el telescopio espacial James Webb han estudiado 29 Cygni b, un objeto con una masa unas 15 veces la de Júpiter, concluyendo que se formó por acreción y aportando asi claves sobre la formación de planetas masivos y el límite con las estrellas.
La composición y la órbita de 29 Cygni b apuntan a que se formó mediante un mecanismo de acreción dentro de un disco protoplanetario. ¿Dónde está entonces la línea divisoria entre las estrellas y los planetas más masivos?
Los científicos creen que la respuesta puede depender de cómo se formaron estos objetos, un aspecto clave en la formación de planetas masivos.
¿Proceso ascendente o descendente?
¿Fue mediante un proceso de abajo hacia arriba, creciendo gradualmente con el tiempo, o mediante un proceso de arriba hacia abajo en el que una gran masa de gas y polvo se fragmenta en partes más pequeñas del tamaño de planetas?
Los cientificos descubrieron que 29 Cygni b, un objeto que se sitúa justo en la frontera entre ambos procesos, probablemente se formó de abajo hacia arriba en lugar de arriba hacia abajo.
En otras palabras, 29 Cygni b se formó como un planeta, lo que aporta información clave sobre la formación de planetas masivos.
Los planetas, como los de nuestro Sistema Solar, se forman mediante un proceso ascendente en el que pequeños fragmentos de roca y hielo se agrupan y crecen con el tiempo.
Sin embargo, cuanto más masivo es el planeta, más difícil resulta explicar su formación de este modo, lo que convierte a estos objetos en casos de estudio fundamentales para entender la formación de planetas masivos.
Acreción vs fragmentación
El proceso de formación planetaria se entiende de forma general como algo que ocurre dentro de gigantescos discos de gas y polvo alrededor de las estrellas mediante un proceso llamado acreción, mecanismo central en la formación de planetas masivos.
El polvo se agrupa en guijarros, que colisionan y crecen progresivamente formando protoplanetas y, finalmente, planetas. Los más grandes acumulan gas y se convierten en gigantes como Júpiter, resultado directo de la formación de planetas masivos.
Dado que los gigantes gaseosos tardan más en formarse y el disco protoplanetario termina evaporándose y desapareciendo, los sistemas planetarios suelen contener muchos más planetas pequeños que grandes, lo que añade complejidad al estudio de la formación de planetas masivos.
En contraste, las estrellas se forman cuando una enorme nube de gas se fragmenta y cada fragmento colapsa bajo su propia gravedad, volviéndose más pequeño y denso. Los científicos creen que un proceso de fragmentación similar podría ocurrir también en discos protoplanetarios.
Esto podría explicar por qué algunos objetos muy masivos se encuentran a miles de millones de kilómetros de sus estrellas, en regiones donde el disco debería haber sido demasiado tenue para permitir la acreción, lo que plantea alternativas a la formación de planetas masivos por acreción.
29 Cygni b se sitúa justo en la frontera entre lo que pueden explicar estos dos mecanismos, siendo un caso clave para comprender la formación de planetas masivos.
Tiene una masa 15 veces mayor que la de Júpiter y orbita su estrella a una distancia media de 2.400 millones de kilómetros, aproximadamente similar a la de Urano en nuestro Sistema Solar.
El equipo de investigación lo eligió porque podría haberse formado mediante cualquiera de los dos procesos, lo que lo convierte en un laboratorio natural para estudiar la formación de planetas masivos.
NIRCam y CHARA desvelan el origen de 29 Cygni b
El programa de observación utilizó la cámara NIRCam (Near-Infrared Camera) del Webb en modo coronográfico para obtener una imagen directa de 29 Cygni b. Este planeta fue el primero de un total de cuatro objetos analizados en el programa.
Estos objetos, con masas comprendidas entre 1 y 15 veces la de Júpiter, fueron seleccionados para investigar la formación de planetas masivos. El equipo también exigió que orbitaran a menos de unos 15.000 millones de kilómetros de sus estrellas.
Los planetas son jóvenes y aún están calientes debido a su formación, con temperaturas entre 530 y 1.000 ºC. Esto garantiza que su química atmosférica sea similar a la de los planetas del sistema HR 8799, previamente estudiado por el equipo en el contexto de la formación de planetas masivos.
Seleccionando filtros adecuados, el equipo buscó señales de absorción de luz por dióxido de carbono (CO₂) y monóxido de carbono (CO), lo que permitió determinar la cantidad de estos elementos químicos más pesados, o metales, un factor clave en la formación de planetas masivos.
Los científicos encontraron evidencias sólidas de que 29 Cygni b está enriquecido en metales en comparación con su estrella anfitriona, similar al Sol en composición. Dada la masa del planeta, la cantidad de elementos pesados que contiene equivale a unas 150 Tierras.
Evidencias de acreción
Esto sugiere que acumuló grandes cantidades de sólidos ricos en metales a partir de un disco protoplanetario, reforzando el modelo de formación de planetas masivos por acreción.
El equipo también utilizó un conjunto de telescopios ópticos terrestres llamado CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy) para determinar si la órbita del planeta está alineada con la rotación de la estrella.
Los científicos confirmaron esta alineación, lo cual es lo esperado para un objeto formado en un disco protoplanetario, coherente con la formación de planetas masivos por acreción.
En conjunto, estas evidencias sugieren firmemente que 29 Cygni b se formó dentro de un disco protoplanetario mediante una rápida acreción de material rico en metales, un resultado clave para entender la formación de planetas masivos.
El equipo planea buscar diferencias de composición entre planetas de menor y mayor masa a medida que recopile datos de los otros tres objetos del programa. Esto debería aportar información adicional sobre sus mecanismos de formación.
Fuente: Webb redefines dividing line between planets and stars
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