Huellas químicas delatadoras de la formación de protoplanetas

Unos científicos han descubierto la evidencia química más convincente hasta la fecha de la formación de protoplanetas (planetas en proceso de formación). El descubrimiento proporcionará a los astrónomos un método alternativo para detectar y caracterizar protoplanetas cuando no sea posible obtener observaciones directas.

Los autores de la investigación emplearon para esta el observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Concretamente, lo usaron para estudiar el disco protoplanetario alrededor de una estrella joven llamada HD 169142.

HD 169142 está ubicada en la constelación de Sagitario y es de gran interés para los astrónomos debido a la presencia de su gran disco circunestelar, rico en polvo y gas que se ve casi de frente. En ese sistema solar, se han identificado varios candidatos a protoplanetas durante la última década y, a principios de este año, científicos de la Universidad de Lieja en Bélgica y la Universidad Monash en Australia confirmaron que uno de esos candidatos, HD 169142 b, es, de hecho, un protoplaneta gigante similar a Júpiter. Los descubrimientos revelados en un nuevo análisis de datos de archivo del ALMA, ahora pueden facilitar que los científicos detecten, confirmen y, en última instancia, caractericen protoplanetas formándose alrededor de estrellas jóvenes.

"Cuando observamos HD 169142 y su disco en longitudes de onda submilimétricas, identificamos varias firmas químicas convincentes de este protoplaneta gigante gaseoso recientemente confirmado", explicó Charles Law, astrónomo del Centro de Astrofísica de la Universidad| Harvard y el Instituto Smithsoniano, y coautor del nuevo estudio. "Ahora tenemos la confirmación de que podemos usar firmas químicas para descubrir qué tipo de planetas podrían estar formándose en los discos alrededor de las estrellas jóvenes".

Los autores del estudio se centraron en el sistema HD 169142 porque creían que la presencia del protoplaneta gigante HD 169142 b probablemente estaría acompañada de firmas químicas detectables, y tenían razón. El equipo de Law detectó monóxido de carbono (tanto 12CO como su isotopólogo 13CO) y monóxido de azufre (SO), que se habían detectado previamente y se pensaba que estaban asociados con protoplanetas en otros discos. Pero por primera vez, el equipo también detectó monosulfuro de silicio (SiS). Esto fue una sorpresa porque para que el ALMA pueda detectar la emisión de SiS, los silicatos deben liberarse de los granos de polvo cercanos en ondas de choque masivas causadas por el gas que viaja a altas velocidades, un comportamiento que generalmente resulta de los flujos de salida impulsados por protoplanetas gigantes. “SiS era una molécula que nunca antes habíamos visto en un disco protoplanetario, y mucho menos en las cercanías de un protoplaneta gigante”, explicó Law. "La detección de la emisión de SiS nos llamó la atención porque significa que este protoplaneta debe estar produciendo poderosas ondas de choque en el gas circundante".

Ubicada en la constelación de Sagitario, la joven estrella HD 169142 alberga un protoplaneta gigante incrustado dentro de su polvoriento disco protoplanetario rico en gas. La recreación artística muestra al planeta similar a Júpiter interactuando y calentando el gas molecular cercano. (Imagen: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), M. Weiss (NRAO / AUI / NSF))

Con este nuevo enfoque químico para detectar protoplanetas jóvenes, los científicos pueden estar abriendo una nueva ventana al universo y en particular hacia los exoplanetas (planetas de fuera de nuestro sistema solar). Los protoplanetas, especialmente aquellos que todavía están incrustados en sus discos circunestelares progenitores, como en el sistema HD 169142, proporcionan una conexión directa con la población de exoplanetas conocida. “Hay una gran diversidad de exoplanetas y, al usar firmas químicas observadas con el ALMA, esto nos brinda una nueva forma de averiguar cómo se desarrollan los diferentes protoplanetas con el tiempo y, en última instancia, cómo se relacionan sus propiedades con las de los sistemas exoplanetarios”, dijo Law. “Además de proporcionar una nueva herramienta para la búsqueda de planetas con el ALMA, este descubrimiento abre una gran cantidad de química emocionante que nunca antes habíamos visto. A medida que continuamos examinando más discos alrededor de estrellas jóvenes, inevitablemente encontraremos otras moléculas interesantes pero no anticipadas, como SiS. Descubrimientos como este implican que solo estamos arañando la superficie de la verdadera diversidad química asociada con la configuración protoplanetaria”.

El estudio se titula "SO and SiS Emission Tracing an Embedded Planet and Compact 12CO and 13CO Counterparts in the HD 169142 Disk". Y se publica en la revista académica The Astrophysical Journal Letters.

El ALMA es un observatorio astronómico internacional, fruto de una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. (Fuente: Observatorio ALMA)