Formación de planetas en el universo primitivo

Los resultados de una nueva investigación revelan hechos inesperados sobre la formación de planetas poco tiempo después de la creación del universo y aclaran un enigma.

En la infancia del universo, no existía el material, rico en elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio, que posteriormente serviría para la formación de planetas rocosos como la Tierra. Y se ha venido creyendo que en general la formación de planetas era un proceso que difícilmente podía darse en el universo arcaico.

El telescopio espacial James Webb, de la NASA, la ESA y la CSA, respectivamente las agencias espaciales estadounidense, europea y canadiense, ha sido providencial para resolver un enigma que la astronomía viene arrastrando desde hace más de veinte años.

En 2003, el telescopio espacial Hubble aportó pruebas de la existencia de un planeta masivo alrededor de una estrella muy antigua, casi tanto como el universo. Tales estrellas poseen solo pequeñas cantidades de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, elementos, esos más pesados, que son imprescindibles para la formación de planetas rocosos y a los que se ha venido considerando vitales para la formación de planetas en general.

El hallazgo hecho con el Hubble implicaba que la formación de algunos planetas tuvo lugar cuando nuestro universo era muy joven, y que esos planetas tuvieron tiempo de formarse y crecer dentro de sus discos protoplanetarios, incluso más que Júpiter. ¿Pero cómo? Esto era desconcertante.

En un intento de aclarar el misterio, un equipo encabezado por Guido De Marchi, del Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espaciales (ESTEC), dependiente de la Agencia Espacial Europea (ESA), se valió de la extraordinaria potencia escrutadora del telescopio espacial Webb para estudiar las estrellas de una galaxia cercana que, al igual que el universo primitivo, carece de grandes cantidades de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio. Descubrieron que no solo algunas estrellas tienen discos de formación planetaria, sino que además esos discos son más longevos que los que se observan alrededor de las estrellas jóvenes de nuestra Vía Láctea.

En el universo primitivo, las estrellas se formaron principalmente a partir de hidrógeno y helio, y muy poca cantidad de elementos químicos más pesados que estos, que solo aumentó más tarde a través de explosiones de supernovas.

“Los modelos actuales predicen que, con tan pocos elementos químicos pesados, los discos alrededor de las estrellas tienen una vida corta, tan corta que los planetas no pueden crecer”, explica Elena Sabbi, del NOIRLab en Tucson, Estados Unidos, y coautora del estudio.

Por eso resultó tan sorprendente hallar muchas estrellas pobres en elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio pero que en cambio pese a tener ya 20 o 30 millones de años de edad, aparentemente poseían discos de formación de planetas a su alrededor. Esto iba en contra de la creencia convencional de que tales discos se disiparían al cabo de 2 ó 3 millones de años.

Ahora, gracias a la gran sensibilidad del Webb, los científicos disponen por primera vez de espectros de estrellas en formación similares al Sol y sus entornos inmediatos en una galaxia cercana.

Concretamente, los investigadores usaron el Webb en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia enana que es una de las vecinas más cercanas de la Vía Láctea. En concreto, examinaron el cúmulo estelar NGC 346, que también presenta una relativa escasez de elementos químicos pesados. El cúmulo sirvió como sucedáneo cercano para estudiar entornos estelares con condiciones similares en el universo temprano y distante.

Imagen captada por el telescopio espacial James Webb que muestra al cúmulo estelar NGC 346. Diez pequeños círculos amarillos superpuestos en la imagen indican las posiciones de las diez estrellas analizadas en este estudio. (Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA))

Los autores del estudio han comprobado que estas estrellas aún están rodeadas de discos, incluso a la edad relativamente avanzada de entre 20 millones de años y 30 millones. Esto implica también que los planetas tienen más tiempo para formarse y crecer alrededor de estas estrellas.

Este hallazgo refuta las predicciones teóricas anteriores, según las cuales, cuando hay muy pocos elementos más pesados que el hidrógeno y el helio en el gas que rodea el disco, la estrella barrería el disco muy pronto; la vida del disco sería muy corta, incluso inferior a un millón de años. Pero si un disco no permanece alrededor de la estrella el tiempo suficiente para que los granos de polvo se adhieran entre sí y se formen guijarros que se conviertan en el núcleo de un planeta, ¿cómo pueden formarse planetas?

Una posibilidad es que, dado que una estrella del tipo del Sol necesita una nube más grande de gas para formarse cuando en el medio interestelar hay escasez de elementos químicos más pesados que el hidrógeno y el helio, esa masa extra también permitirá la formación de un disco protoplanetario más masivo y por tanto capaz de perdurar más tiempo que uno de poca masa.

El estudio se titula “Protoplanetary Disks around Sun-like Stars Appear to Live Longer When the Metallicity is Low”. Y se ha publicado en la revista académica The Astrophysical Journal. (Fuente: NCYT de Amazings)