Gas expulsado por un naciente sistema planetario se atribuye a cometas

Redacción | 30/11/2020

Sistema planetario en formación - Universidad de Cambridge

Astrónomos han captado una etapa única de la evolución del sistema planetario, con gas monóxido de carbono en rápido movimiento que se aleja de un sistema estelar a más de 400 años luz de distancia.

Creen que este hallazgo puede proporcionar una idea de cómo evolucionó nuestro propio sistema solar y sugiere que la forma en que se desarrollan los sistemas puede ser más complicada que previamente pensado.

Aunque no está claro cómo se expulsa el gas tan rápido, el equipo de investigadores, dirigido por la Universidad de Cambridge, cree que puede ser producido a partir de cometas helados que se vaporizan en el cinturón de asteroides de la estrella. Los resultados se presentarán en la conferencia virtual Five Years After HL Tau en diciembre.

La detección se realizó con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile, como parte de un estudio de estrellas jóvenes de 'clase III', informado en un artículo anterior. Algunas de estas estrellas de clase III están rodeadas por discos de escombros, que se cree que se forman por las colisiones en curso de cometas, asteroides y otros objetos sólidos, conocidos como planetesimales, en los confines de sistemas planetarios formados recientemente. El polvo y los escombros sobrantes de estas colisiones absorben la luz de sus estrellas centrales y vuelven a irradiar esa energía como un tenue resplandor que se puede estudiar con ALMA.

En las regiones internas de los sistemas planetarios, se espera que los procesos de formación de planetas resulten en la pérdida de todo el polvo más caliente, y las estrellas de clase IIII son aquellas que quedan, como mucho, con polvo frío y tenue. Estos tenues cinturones de polvo frío son similares a los conocidos discos de escombros que se ven alrededor de otras estrellas, similares al cinturón de Kuiper en nuestro propio sistema solar, que se sabe que alberga asteroides y cometas mucho más grandes.

En la encuesta, se descubrió que la estrella en cuestión, 'NO Lup', que es aproximadamente el 70% de la masa de nuestro sol, tenía un disco polvoriento débil y de baja masa, pero era la única estrella de clase III donde el gas de monóxido de carbono se detectó, una novedad para este tipo de estrella joven con ALMA. Si bien se sabe que muchas estrellas jóvenes aún albergan los discos de formación de planetas ricos en gas con los que nacen, NO Lup está más evolucionado y podría haberse esperado que hubiera perdido este gas primordial después de que se formaran sus planetas.

Si bien la detección de gas monóxido de carbono es rara, lo que hizo que la observación fuera única fue la escala y la velocidad del gas, lo que motivó un estudio de seguimiento para explorar su movimiento y orígenes.

"La simple detección de gas monóxido de carbono fue emocionante, ya que ALMA no había fotografiado previamente otras estrellas jóvenes de este tipo", dijo en un comunicado el primer autor Joshua Lovell, doctorando del Instituto de Astronomía de Cambridge. "Pero cuando miramos más de cerca, encontramos algo aún más inusual: dada la distancia entre el gas y la estrella, se movía mucho más rápido de lo esperado. Esto nos dejó perplejos durante bastante tiempo".

Grant Kennedy, Royal Society University Research Fellow en la Universidad de Warwick, quien dirigió el trabajo de modelado del estudio, encontró una solución al rompecabezas. "Encontramos una manera simple de explicarlo: modelando un anillo de gas, pero dándole al gas un impulso extra hacia afuera", dijo en un comunicado.

"Se han utilizado otros modelos para explicar discos jóvenes con mecanismos similares, pero este disco se parece más a un disco de escombros en el que no hemos presenciado vientos antes. Nuestro modelo mostró que el gas es totalmente consistente con un escenario en el que se lanza fuera de el sistema a unos 22 kilómetros por segundo, que es mucho más alto que cualquier velocidad orbital estable ".

Un análisis más detallado también mostró que el gas puede producirse durante colisiones entre asteroides o durante períodos de sublimación (la transición de una fase sólida a una gaseosa) en la superficie de los cometas de la estrella, que se espera sean ricos en hielo de monóxido de carbono.

Ha habido evidencia reciente de este mismo proceso en nuestro propio sistema solar a partir de la misión New Horizons de la NASA, cuando observó el objeto Ultima Thule del Cinturón de Kuiper en 2019 y encontró una evolución por sublimación en la superficie del cometa, que ocurrió hace unos 4.500 millones de años. El mismo evento que los cometas vaporizados en nuestro propio sistema solar hace miles de millones de años puede haber sido capturado por primera vez a más de 400 años luz de distancia, en un proceso que puede ser común alrededor de las estrellas formadoras de planetas, y tiene implicaciones sobre cómo todos los cometas, asteroides y planetas evolucionan.

"Esta estrella fascinante está arrojando luz sobre qué tipo de procesos físicos están dando forma a los sistemas planetarios poco después de su nacimiento, justo después de que han emergido de estar envueltos por su disco protoplanetario", dijo el coautor, el profesor Mark Wyatt, también del Instituto de Astronomía. "Si bien hemos visto gas producido por planetesimales en sistemas más antiguos, la velocidad de cizallamiento a la que se produce el gas en este sistema y su naturaleza de salida son bastante notables, y apuntan a una fase de la evolución del sistema planetario que estamos presenciando aquí por primera vez", agregó.

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