Un protoplaneta descubierto antes de nacer

Un equipo de investigación internacional ha descubierto un nuevo planeta tan joven que aún no ha salido del útero de materia donde se está formando. Este es el protoplaneta más joven descubierto hasta la fecha. Su ubicación y los patrones de materia circundantes sugieren que un método alternativo de formación de planetas puede estar funcionando. 

Este descubrimiento, presentado en Nature Astronomy, podría ayudar a explicar las historias y características de los planetas extrasolares vistos alrededor de otras estrellas.

En el modelo estándar de formación de planetas, un gran planeta gaseoso similar a Júpiter comienza como un núcleo rocoso en un disco protoplanetario alrededor de una estrella joven. Este núcleo luego acumula gas del disco, creciendo hasta convertirse en un planeta gigante.

Si bien este modelo funciona bien para los planetas del Sistema Solar, da problemas para explicar los exoplanetas que se han descubierto alrededor de otras estrellas a distancias mucho mayores que la órbita de Neptuno, el planeta más externo del Sistema Solar.

Teorías sobre la formación de planetas

Todos los planetas están hechos de material que se originó en un disco circunestelar. La teoría dominante para la formación de planetas jovianos se llama "acreción del núcleo", un enfoque de abajo hacia arriba en el que los planetas incrustados en el disco crecen a partir de objetos pequeños, con tamaños que van desde granos de polvo hasta cantos rodados, que chocan y se unen mientras orbitan una estrella. Este núcleo luego acumula lentamente gas del disco. Por el contrario, el enfoque de "inestabilidad del disco" es un modelo de arriba hacia abajo en el que a medida que se enfría un disco masivo alrededor de una estrella, la gravedad hace que el disco se rompa rápidamente en uno o más fragmentos de masa planetaria, es decir, que los planetas periféricos se forman cerca de la estrella central y se mueven hacia el exterior.

Apoyando esta última teoría, las nuevas observaciones que utilizan un sistema de óptica adaptativa extrema que permite que el Telescopio Subaru tome imágenes directas de objetos débiles cerca de estrellas más brillantes muestran lo que parece ser un protoplaneta del tamaño de Júpiter en proceso de formación a una enorme distancia de su estrella anfitriona de 93 unidades astronómicas: más de tres veces la distancia entre el Sol y Neptuno.

A esa distancia, llevaría mucho tiempo, si es que llega a ocurrir, que se forme un planeta del tamaño de Júpiter por acreción del núcleo. Esto lleva a los investigadores a concluir que la inestabilidad del disco ha permitido que este planeta se forme a una distancia tan grande. Y contrasta notablemente con las expectativas de formación de planetas según el modelo de acreción del núcleo ampliamente aceptado.

Imagen de la estrella AB Aurigae tomada por el Telescopio Subaru que muestra los brazos espirales en el disco y el protoplaneta AB Aur b recién descubierto. La brillante estrella central se ha enmascarado y su ubicación se indica con la marca de estrella (?). Se muestra el tamaño de la órbita de Neptuno en el Sistema Solar para proporcionar escala./ Crédito: T. Currie/Telescopio Subaru

El nuevo mundo en construcción está incrustado en un disco protoplanetario de polvo y gas con una estructura espiral distintiva que gira alrededor de una estrella joven que se estima que tiene alrededor de 2 millones de años. Esa es aproximadamente la edad de nuestro sistema solar cuando la formación de planetas estaba en marcha. (La edad del sistema solar es actualmente de 4.600 millones de años).

El nuevo análisis de este protoplaneta, llamado AB Aur b, combina datos de dos instrumentos del Hubble: el espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial y la cámara de infrarrojo cercano y el espectrógrafo de objetos múltiples. Estos datos se compararon con los de un instrumento de imágenes de planetas de última generación llamado SCExAO en el Telescopio Subaru de Japón de 8,2 metros ubicado en la cumbre de Mauna Kea, Hawái. La gran cantidad de datos de los telescopios espaciales y terrestres resultó fundamental, porque es muy difícil distinguir entre los planetas jóvenes y las características complejas del disco que no están relacionadas con los planetas.

Los datos de AB Aur b indican que es un protoplaneta tan joven que todavía se está formando en una matriz de materia en el disco protoplanetario. Las estructuras espirales cercanas en el disco coinciden con los modelos donde un planeta se forma directamente a partir del colapso gravitacional de la materia circundante. Este descubrimiento tiene profundas implicaciones para explicar los muchos exoplanetas periféricos observados y el modelo teórico general de formación de planetas.

"Este estudio arroja nueva luz sobre nuestra comprensión de las diferentes formas en que se forman los planetas", concluye Thayne Currie, autor principal del descubrimiento.