¿Las estrellas y los planetas se forman como creemos?

Cuando se forma una estrella, está rodeada por un disco giratorio de gas y polvo. Con el tiempo, este material acaba conformando los planetas. Tradicionalmente, se ha venido creyendo que, una vez que se forma un disco, simplemente pierde masa con el paso del tiempo, ya que alimenta a la estrella y a los planetas en crecimiento. Sin embargo, un estudio reciente muestra una realidad muy distinta.

Este estudio introduce una nueva perspectiva según la cual las estrellas jóvenes realmente ganan masa de su entorno mediante un proceso conocido como acreción de Bondi-Hoyle. Este proceso ayuda a realimentar el disco, lo que lo hace más grande y duradero de lo que se pensaba.

«Las estrellas nacen en grupos o cúmulos dentro de grandes nubes de gas y pueden permanecer en ese entorno durante varios millones de años después de su nacimiento», explica Paolo Padoan, primer autor del estudio, así como profesor de investigación contratado por la Institución Catalana de Investigación y Estudios Avanzados (ICREA), en el Instituto de Ciencias del Cosmos (ICC) de la Universidad de Barcelona (UB) y actualmente en excedencia en el Dartmouth College (Estados Unidos).

«Después de la formación de una estrella, su gravedad puede capturar más material de la nube parental de gas, que no es suficiente para cambiar la masa de la estrella de forma significativa, pero sí para reestructurar su disco. Para entender qué masa puede atraer una estrella con esta acumulación de Bondi-Hoyle, y el giro y el tamaño del disco inducido por el nuevo material, hay que modelar y comprender algunas propiedades fundamentales del caótico movimiento del gas interestelar, conocido como turbulencia».

Recreación artística de una estrella joven rodeada por su disco protoplanetario. (Ilustración: NASA JPL / Caltech)

El estudio demuestra que la acreción de Bondi-Hoyle puede proporcionar no solo la masa, sino también el momento angular necesario para explicar los tamaños observados de los discos protoplanetarios. Esta comprensión revisada de la formación y la evolución del disco resuelve antiguas discrepancias observacionales y obliga a hacer revisiones sustanciales de los modelos actuales de formación de discos y planetas.

La investigación también aborda diversas incógnitas sobre la formación de estrellas y planetas, como por qué las estrellas más masivas tienen discos más grandes, por qué algunos sistemas planetarios son inesperadamente masivos y por qué algunos discos duran más de lo esperado.

El equipo del profesor Padoan utilizó simulaciones avanzadas por ordenador y modelado analítico para explicar el tamaño de los discos protoplanetarios medidos por el Observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en Chile, el conjunto de radiotelescopios más potente del mundo. La combinación de modelos teóricos y datos empíricos proporcionó un marco sólido para entender las complejas interacciones entre las estrellas jóvenes y sus entornos.

«Comparar los datos observables de las simulaciones con las observaciones reales es decisivo para validar las simulaciones», comenta Veli-Matti Pelkonen, investigador del ICCUB y miembro del equipo. «Sin embargo, las simulaciones nos permiten ir más allá de lo observable y llegar hasta las estructuras de densidad, velocidad y campo magnético subyacentes, así como seguirlas en el tiempo. En este estudio, utilizando los datos de simulación, pudimos demostrar que la acreción de Bondi-Hoyle desempeña un papel importante en la formación de estrellas de la etapa tardía, al aumentar la vida útil y el reservorio de masa de los discos protoplanetarios». 

«Con el aumento de la potencia de cálculo de los superordenadores, podremos modelar procesos físicos aún más complejos en las simulaciones y aumentar aún más la fidelidad de las simulaciones», continúa Pelkonen. «Combinados con los nuevos y poderosos telescopios (como el telescopio espacial James Webb y el observatorio ALMA, que realizan observaciones inigualables de estrellas recién formadas), estos avances continuarán aumentando nuestra comprensión de la formación de las estrellas».

Las implicaciones de este estudio se extienden más allá de la formación de estrellas y planetas. Entender el papel del entorno en la formación de discos protoplanetarios también podría aportar datos nuevos y reveladores sobre las condiciones necesarias para la formación de planetas habitables. Esto podría tener profundas repercusiones en la búsqueda de vida fuera de nuestro sistema solar.

​​​​​​​El estudio se titula «The formation of protoplanetary disks through pre-main-sequence Bondi–Hoyle accretion». Y se ha publicado en la revista académica Nature Astronomy. (Fuente: Universitat de Barcelona)