Discos masivos circunestelarers acrecen más rápidos que los de baja masa

• Título: Evidence for a correlation between mass accretion rates onto young stars and the mass of their protoplanetary disk
• Autores: C. F. Manara et al.
• Institución del primer autor: European Space Research and Technology Centre (ESA/ESTEC), Noordwijk, Netherlands.
• Estado: Aceptado en Astronomy & Astrophysics Letters.
• Astrobite original: Massive circumstellar disks accrete faster than low-mass ones, por Tim Lichtenberg .

La teoría clásica sobre los discos todavía funciona (a menudo)

El paradigma ‘clásico’ de la evolución de los discos circunestelares – el material que circula en torno a una estrella joven del cual los planetas se forman – gira en torno a un parámetro importante: la viscosidad del disco. La viscosidad determina cuanto del material es acretado por la estrella y cuanto sigue su evolución a través del tiempo. Matemáticamente la “viscosidad” es un factor de estimación. Se usa para expresar nuestra ignorancia y estimar la física que domina la evolución de los discos. La teoría se basa en una muestra grande de observaciones y funciona muy bien la mayoría del tiempo, incluso si se basa en un factor sobre el cual existe mucha incertidumbre (la viscosidad). De hecho, la teoría funciona tan bien que los investigadores han podido verificar algunas predicciones del modelo de discos. En el artículo de hoy los autores exploran otra de estas predicciones: la idea que mientras más masivos sean los discos circunestelares, más materia la estrella acretará.

La prueba

Para probar esto, los investigadores analizaron una amplia muestra de objectos estelares jóvenes con discos circunestelares del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA),  la mejor data disponible en estos momentos. ALMA se usa para medir el polvo que compone el disco, pero eso solo representa una pequeña fracción de la masa total. El resto de la masa reside en el gas. Análisis de la teoría de discos viscosos, la descrita anteriormente, indican que existe una correlación entre la tasa de acreción de la estrella y la masa del polvo que compone el disco. Esto es lo que tratan de confirmar los autores en la figura 1.

Fig1. Correlación del logaritmo de la tasa de acreción en una estrella joven en función del logaritmo de la masa del polvo en el disco circunestelar correspondiente. Los puntos verdes muestran las mediciones con sus incertidumbres. Las diferentes formas indican ‘discos de transición’ (círculos), estos son rarezas que tienen cavidades dentro, los objectos principales de la región Lupus (cuadrados rellenos) y discos de sistema que solo vemos el borde desde nuestro punto de vista (cuadrados con cruces). La línea roja gruesa muestra la mejor estimación de la data derivada con un método estadístico iterativo (líneas finas).

Aunque exista una dispersión de los datos significativa, las mediciones confirman la relación entre la tasa de acreción y la masa del disco. Sin embargo, solo parece funcionar si se asume que la cantidad de polvo (es decir, el contenido sólido en el disco), es siempre el mismo en relación con la masa de gas en el disco. La figura 2 muestra que no funciona la relación con la masa del gas.

Fig 2.  *No* Correlación entre el logaritmo de la tasa de acreción y el logaritmo de la masa del gas en el disco. Los símbolos otra vez representan las mediciones y sus incertidumbres. Las líneas negras muestran las edades (en mega-años) de los discos calculadas usando la teoría de discos viscosos. Primero, no hay ninguna relación obvia entre las dos cantidades. Segundo, algunas de las edades calculadas no concuerdan con otras edades calculadas para los discos. En realidad, los objectos deberían encontrarse entre las líneas de 1-3 Myr (mega-años).

¿Qué nos muestran estas dos figuras? Primero, que sí existe una relación predicha por la teoría de discos viscosos. Esto es una buena noticia, nos muestra que la teoría todavía puede hacer buenas predicciones en la que podemos confiar bajo ciertas limitaciones. Segundo, algo no esta bien con la correlación cuando intentamos con la masa del gas. La masa del gas en la figura dos se obtiene de medidas de una molécula de CO específica, y da lugar a ‘malos’ resultados. Sin embargo, si los investigadores hacen el análisis otra vez pero con la masa de los discos multiplicando los valores de la figura 1 por 100 (100 es el ratio de gas a polvo estimado en el medio interestelar), la edad estimada para los discos concuerda con la edad real inferida con otros métodos. Esto sugiera que usar el factor 100 para el cociente gas/polvo es algo razonable y que utilizar el isotopo de CO para estimar la masa del disco no es correcto. Estudios futuros deberían tomar en cuenta esto. Y en efecto otros estudios han aportado evidencia que el carbón en discos masivos toma parte en procesos químicos complejos que invalidan la relación directa de CO con la masa total del disco. Con medidas como las que llevaron a cabo los autores podremos entender mejor el proceso de evolución de los discos. Esto lo necesitamos para tener un mejor entendimiento de, por ejemplo, el tiempo característico para la formación de planetas.