Formando planetesimales en un vórtice de polvo y gas

• Título del artículo:   Probing the Cold Dust Emission in the AB Aur Disk: A Dust Trap in a Decaying Vortex?
• Autores: Asunción Fuente, Clément Baruteau, Roberto Neri, Andrés Carmona, Marcelino Agúndez, Javier R. Goicoechea, Rafael Bachiller, José Cernicharo, and Olivier Berné
• Institución del primer autor: Observatorio Astronómico Nacional (OAN,IGN), Apdo 112, E-28803 Alcalá de Henares, Spain
• Estado del artículo I: Publicado en Astrophysical Journal Letters
• Astrobito original: “Forming Planetesimals in A Dust and Gas Vortex” por Mara Zimmerman

Les quedan muchos misterios a los astrónomos en el estudio de formación planetaria.  Una de las preguntas más importantes es cómo piedras y polvo se juntan para formar planetesimales, en vez de caerse hacia la estrella debido a la fuerza gravitacional. Una posible solución es una trampa de polvo — en un disco circumestelar, las piedras y partículas de polvo viajando hacia adentro pueden ser atrapadas y detenidas por la alta presión del disco gaseoso.  Una trampa de polvo sería un lugar ideal para formar planetesimales.  Los autores de la publicación de hoy investigan los discos circumestelares de AB Aur .  Los autores crean simulaciones hidrodinámicas con polvo y gas para ver si hay una trampa de polvo con la posible formación de planetas pequeños.

Los discos circumestelares son el puente entre el polvo alrededor de la estrella y los planetesimales ya formados.  Existen distintos tipos de discos circumestelares — protoplanetarios, transicional, y debris.  Un disco transicional es justo lo que parece — un disco en transición entre protoplanetario y debris.  Esto significa que es posible que hayan planetas en formación en un disco transicional.  A una distancia de 145 parsec de nosotros, AB Aur tiene un disco transicional asimétrico.   El desnivel del disco puede que indique una trampa de polvo o un vórtice de gas.  A una distancia de 120 unidades astronómicas de la estrella central, el disco de polvo frío crea un anillo asimétrico en el disco.

Figura 1: Observaciones de la emisión del continuo el disco de AB Aur. Las observaciones son del observatorio NOEMA (Fuente et al. 2017).

Los autores usaron NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array)  para observar la emisión del continuo del polvo a unas longitudes de onda de 1.12 mm y 2.22 mm en el sistema AB Aur.  Las observaciones se muestran en la Figura 1, donde se ve que la intensidad no es constante a lo largo del anillo de emisión, y la intensidad es menor en la longitud de onda más larga.  Las variaciones de intensidad son menores en 2.22 mm que en 1.12 mm, en contraste a lo que predicen los modelos teoréticos de trampas de polvo y vórtices de gas.

Figura 2: Una simulación del gas creada por los autores. Las cuatro imágenes a la izquierda muestran la distribución de densidad de gas, y las cuatro imágenes a la derecha muestran la emisión del continuo producida por las simulaciones (Fuente et al. 2017).

Los autores crearon su propio modelo y usaron sus simulaciones hidrodinámicas para las partículas de gas y polvo en el anillo.  De esta forma, lograron reproducir la emisión observada en el disco.  Los resultados se presentan en la Figura 2.  Las simulaciones muestran que se puede explicar el disco asimétrico si el vórtice de gas se dispersa a través de difusión turbulenta.  Debido a este proceso la trampa pierde su fuerza durante distintos tiempos dependiendo del tamaño de la partícula y la distancia azimutal.  Los autores miden las cantidades de polvo en observaciones y simulaciones.  Concluyen que hay una masa de 30 veces la masa de la Tierra en la trampa de polvo, más que suficiente para formar planetas rocosos.

Las simulaciones de polvo y gas muestran una trampa de polvo en el disco a un radio de 96 unidades astronómicas.  El vórtice tendría que decaer cuando se forma el planeta  para reproducir las observaciones, incluyendo variaciones de intensidad en el anillo.  Se necesitan más observaciones e investigaciones para entender la complejidad del disco, pero por ahora las simulaciones de los autores muestran que los planetas y planetesimales se están formando actualmente en una trampa de polvo alrededor de AB Aur.