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Observado un disco “protolunar” con un detalle sin precedentes en torno a PDS70

  • Título del artículo original: A Circumplanetary Disk Around PDS70c
  • Autoras/es: Myriam Benisty, Jaehan Bae, Stefano Facchini, Miriam Keppler, Richard Teague, Andrea Isella, Nicolas T. Kurtovic, Laura M. Perez, Anibal Sierra, Sean M. Andrews, John Carpenter, Ian Czekala, Carsten Dominik, Thomas Henning, Francois Menard, Paola Pinilla, Alice Zurlo
  • Institución de la primera autora: Unidad Mixta Internacional Franco-Chilena de Astronomía, CNRS, UMI 3386. Departamento de Astronomía, Universidad de Chile. Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, 38000 Grenoble, France
  • Estado de la publicación: publicado en The Astrophysical Journal Letters, de acceso abierto en arXiv.


Crédito de la imagen destacada: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Benisty et al.

Durante milenios la pregunta “¿hay planetas orbitando otras estrellas?” no podía responderse más que con la imaginación o la deducción lógica. Hoy día no sólo tenemos pruebas irrefutables de que los exoplanetas existen sino que conocemos miles de estrellas que, como el Sol, dan cobijo a gran diversidad de ellos. Sin embargo, al comparar estos sistemas planetarios con el Sistema Solar ¿no echan algo en falta? ¡Las lunas! La lógica sugiere que deberían existir exolunas pero aún no se ha observado ninguna. ¿Dónde las encontraremos? Spoiler: en el artículo de hoy no, lo siento.

Una estrella bebé llamada PDS70

Las teorías de formación estelar nos dicen que para que nazca una estrella se necesita una nube de gas y polvo colapsando por acción de la gravedad. Cuando esto ocurre, el material de la nube se aplana formando un disco y el gas empieza a acumularse en la zona central. Esa acumulación se va agrandando y compactando tanto que empieza a brillar por sí misma, dando lugar a una “estrella bebé” (aún sin haber empezado las reacciones nucleares). PDS70 es el ejemplo perfecto de una estrella de este tipo: situada en la constelación Centauro, a unos 370 años luz del Sistema Solar, es una estrella tan joven que aún está acumulando gas y conserva a su alrededor un disco protoplanetario (o circumestelar, Figura 1).

Anillo de tonos anaranjados con estructura circular central. En la zona derecha de la cavidad se hace un zoom a un punto amarillo con estuctura anaranjada difuminada a su alrededor.
Figura 1: Imagen del sistema PDS70. Izquierda: imagen global, se distingue el disco protoplanetario en forma de anillo exterior en el sistema. Se aprecia también un anillo interior (emisión central) y el exoplaneta PDS70c (el punto naranja que cae dentro del recuadro). El exoplaneta PDS70b no se distingue en esta imagen. Derecha: ampliación de la imagen de la izquierda, donde se distingue la emisión procedente del disco circumplanetario en torno al exoplaneta PDS70c. Crédito: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO)/Benitsy et al.

Sin embargo, su corta edad no impide que tenga ya sus primeros planetas: PDS70b y PDS70c, dos jovencísimos gigantes gaseosos situados a 22 y 34 Unidades Astronómicas (UAs) de su estrella (más o menos las distancias del Sol a Urano y a Neptuno), que aún están terminando de formarse. De hecho, son los planetas más jóvenes de los que se tiene imagen directa. El equipo firmante del artículo de hoy observó en 2019 este sistema con el mayor detalle hasta la fecha gracias a ALMA (Figura 2), una enorme instalación telescópica que permite a la comunidad astronómica “ver” el universo en infrarrojo, microondas e incluso ondas de radio. Esto significa que permite estudiar la parte más fría de los objetos que observe, como por ejemplo el material de un disco protoplanetario. Así, la observación de PDS70 en 850 μm revela una preciosa estructura en forma de anillo.

Espera… ¿De anillo? ¿No era un “disco” protoplanetario? Originariamente sí, pero al irse formando los exoplanetas, estos van “acaparando” el material que encuentran en su camino, de manera que “limpian” sus órbitas dando lugar a una cavidad en el disco. De ahí que en las imágenes obtenidas se observe un gran anillo externo, con un gran hueco interior en el que se distinguen sus dos exoplanetas. Pero… ¡Un momento! ¿Qué es eso que hay junto a PDS70c?

Varias grandes antenas parabólicas se agrupan bajo el cielo estrellado.
Figura 2: Antenas de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Crédito: ESO/C. Malin

PDS70c tiene algo que anunciar

Algo así debieron preguntarse en el equipo de investigación cuando observaron el sistema con ALMA en 2016 y 2017. Ya entonces intuían de lo que se trataba, pero tras añadir los nuevos datos de mayor resolución obtenidos en 2019 ya no quedan dudas: PDS70c muestra a su alrededor una emisión que tiene toda la pinta de ser un disco circumplanetario (Figura 3). Es decir, el exoplaneta tiene un disco de gas y polvo, que se extiende entre 0.58 y 1.2 UAs a su alrededor (por comparar, la Tierra está a 1 UA del Sol). Su existencia no es del todo extraña: el anillo exterior puede perder partículas de poca masa, que “caen” hacia la cavidad y quedan atrapadas en el disco del exoplaneta por su atracción gravitatoria. Y como el planeta está aún formándose, este puede incorporar el material del disco para hacerse más masivo. Sin embargo, hay otra posibilidad: al igual que en un disco protoplanetario pueden formarse “grumos” que den lugar a exoplanetas; este disco circumplanetario podría ser “protolunar” ¡dando lugar a exolunas!

De momento no hay forma de saberlo con certeza ya que pese a la increíble resolución de los datos de ALMA (2.3 UAs), no se pueden distinguir objetos tan pequeños. Pero no hay duda de que es plausible que se estén formando exolunas alrededor de PDS70c ¡hay masa suficiente como para fabricar tres lunas como la nuestra!

PDS70b, el otro exoplaneta conocido del sistema, muestra material a su alrededor pero con emisión más débil y morfología no tan parecida a un disco (Figura 3). Estas diferencias podrían deberse a varios motivos. Uno de ellos podría ser que el exoplaneta sea más pequeño que su vecino, teniendo menor atracción gravitatoria como para atrapar material. Otra opción podría ser que, dado que el material de los discos protolunares procedería del anillo exterior del sistema, el exoplaneta más exterior podría estar quedándose la mayor parte del polvo que cae al interior del sistema, quedando menos disponible para PDS70b. Una tercera opción sería que el disco del planeta más exterior esté en realidad “deshaciéndose” (disco de “decreción”), transmitiendo su material al disco del planeta más interior a través de una “corriente”. Haría falta estudiar más detenidamente los modelos teóricos para poder discernir de qué caso se trata.

Disco amarillo que se oscurece hacia el violeta en los bordes. En la cavidad interior hay una estructura central circular en violeta delimitada por líneas blancas. Estructuras similares pero de menor tamaño se sitúan en la parte inferior y superior derecha de la cavidad.
Figura 3: Imagen de la emisión en continuo de PDS70 (combinando datos de 2016 y 2019) con dos resoluciones distintas (paneles de la izquierda y centrales). El panel derecho es idéntico al izquierdo, con anotaciones para marcar las estructuras del sistema: disco externo (“outer disk”), disco interno (“inner disk”), emisión de la zona de PDS70c (“csmm”) y de PDS70b (“bsmm”). Crédito: Figura 1 del artículo original (Benitsy et al. 2021).

Estrella bebé, planetas a medio formar, posibles exolunas… ¡PDS70 tiene de todo!

Por si todo eso fuera poco, este joven sistema tiene aún más sorpresas. Como comentábamos antes, su disco protoplanetario tiene más bien forma de anillo con los exoplanetas en la cavidad interior. Bien, pues este disco exterior no es continuo sino que parece tener un hueco. ¿Les suena? Efectivamente, un hueco en el disco protoplanetario podría apuntar a la existencia de un tercer exoplaneta, hasta ahora desconocido, formándose en el anillo exterior del sistema.

El equipo informa también de un anillo “interior” a 18 UAs de la estrella (un poco menos de la distancia Sol-Urano), que estaría formado por pequeños granos de polvo (Figura 3). No está claro cuánto podría durar esta estructura ya que los planetas “filtran” cuánto material llega del disco exterior, pero cabe preguntarse si allí podrían formarse otros exoplanetas, quizás incluso de tipo rocoso. Esto supondría un descubrimiento muy relevante de cara a entender si es posible formar planetas de tipo terrestre en sistemas que ya tengan planetas gaseosos. ¡Habrá que seguirle la pista muy de cerca!

Vuelva más tarde, las exolunas no pueden atenderle en este momento

En definitiva, el estudio de este sistema revela información muy útil para comprender mejor las primeras fases de la vida de los sistemas planetarios y, lo que es más novedoso aún, la formación de exolunas. Quizás dentro de algunos millones de años alguien alce la vista al cielo en PDS70b y encuentre allí una luna. Bueno, y aunque esto no es una competición, seguro que no es tan bonita como la nuestra.

Acerca de Guayente Panizo

Nací y crecí en la isla de Lanzarote (Canarias, España), y tras completar mis estudios de Física y Astrofísica me embarqué en la aventura del doctorado en el Instituto de Astrofísica de Canarias. Haciendo mi Trabajo Final de Grado conocí las estrellas binarias y fue un flechazo, así que ahora dedico mi tesis a investigar binarias de rayos X poco masivas, principalmente analizando espectros ópticos. Me gusta leer (especialmente ciencia ficción), jugar a rugby y la divulgación.

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