Cada segundo nacen más de 3.000 estrellas en el universo visible. Muchos están rodeados por lo que los astrónomos llaman un disco protoplanetario: un “panqueque” giratorio de gas caliente y polvo a partir del cual se forman los planetas. Sin embargo, los procesos exactos que dan lugar a los sistemas estelares y planetarios aún no se conocen bien.
Un equipo de astrónomos dirigido por investigadores de la Universidad de Arizona utilizó el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para obtener información detallada sobre las fuerzas que dan forma a los discos protoplanetarios. Las observaciones permiten vislumbrar cómo era nuestro sistema solar hace 4.600 millones de años.
En particular, el equipo pudo rastrear el llamado viento del disco con un detalle sin precedentes. Estos vientos son corrientes de gas que fluyen desde el disco de formación de planetas hacia el espacio. Impulsado principalmente por campos magnéticos, este viento puede viajar diez millas en sólo un segundo. Los hallazgos de los investigadores, publicados Naturaleza AstronomíaAyudar a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman y evolucionan los sistemas planetarios jóvenes
Según la autora principal del artículo, Ilaria Pasucci, profesora del Laboratorio Planetario y Lunar de A, uno de los procesos más importantes que ocurren en un disco protoplanetario es el consumo de material del disco circundante por parte de la estrella, conocido como acreción.
“La forma en que una estrella gana masa tiene un gran impacto en cómo evoluciona el disco circundante con el tiempo, incluyendo cómo se forman los planetas más adelante”, dijo Pasucci. “No se comprenden las formas específicas en que esto ocurre, pero creemos que los vientos impulsados por el campo magnético a través de gran parte de la superficie del disco pueden desempeñar un papel muy importante”.
Las estrellas jóvenes crecen extrayendo gas del disco que las orbita, pero para que esto suceda, el gas primero debe ceder parte de su inercia. De lo contrario, el gas orbitaría continuamente la estrella y nunca caería sobre ella. Los astrofísicos llaman a este proceso “pérdida de momento angular”, pero no se sabe cómo sucede.
Para comprender mejor cómo funciona el momento angular en un disco protoplanetario, es útil imaginarse a una patinadora artística sobre hielo: tirar de los brazos a lo largo del cuerpo acelerará su rotación, mientras que extenderlos ralentizará su rotación. Como su masa no cambia, el momento angular sigue siendo el mismo.
Para que se produzca la acreción, el gas a través del disco debe disminuir su momento angular, pero a los astrofísicos les resulta difícil ponerse de acuerdo exactamente cómo sucede esto. En los últimos años, los vientos del disco se han convertido en actores importantes a la hora de extraer parte del gas de la superficie del disco (y con él, el momento angular), permitiendo que el gas restante fluya hacia adentro y finalmente caiga sobre la estrella.
Según la segunda autora del artículo, Tracy Beck, del Instituto Científico del Telescopio Espacial de la NASA, hay otros procesos en funcionamiento que dan forma a los discos protoplanetarios, por lo que es importante poder distinguir entre los diferentes fenómenos.
Mientras que el material del borde interior del disco es empujado por el campo magnético de la estrella conocido como viento X, las partes exteriores del disco son erosionadas por la intensa luz estelar, lo que da lugar al llamado viento térmico, que fluye en abundancia. velocidad lenta
“Para distinguir entre viento impulsado por campo magnético, viento térmico y viento X, realmente necesitábamos la alta sensibilidad y resolución del JWST (Telescopio Espacial James Webb)”, dijo Beck.
A diferencia del viento X, de enfoque limitado, los vientos observados en el estudio actual se originan en una amplia región que incluiría los planetas rocosos internos de nuestro sistema solar, aproximadamente entre la Tierra y Marte. Estos vientos se extienden más arriba en el disco que el viento térmico, alcanzando cientos de veces la distancia entre la Tierra y el Sol.
“Nuestras observaciones sugieren fuertemente que hemos obtenido las primeras imágenes del viento que pueden eliminar el momento angular y resolver problemas de larga data sobre cómo se forman las estrellas y los sistemas planetarios”, dijo Pasucci.
Para su estudio, los investigadores seleccionaron cuatro sistemas de discos protoplanetarios, todos los cuales parecen de canto cuando se ven desde la Tierra.
“Su orientación permite que el polvo y el gas del disco actúen como una máscara, bloqueando la luz de algunas de las estrellas centrales más brillantes, que de otro modo oscurecerían el viento”, dijo Naman Bajaj, estudiante graduado del Laboratorio Lunar y Planetario, quien contribuyó . para estudiar
Al ajustar los detectores del JWST a moléculas individuales a medida que cambian ciertas condiciones, el equipo pudo rastrear las diferentes capas de la atmósfera. Las observaciones revelaron una estructura tridimensional compleja de un chorro central, anidado dentro de una envoltura de aire en forma de cono que emerge a distancias de disco progresivamente mayores, similar a la estructura en capas de una cebolla. Según los investigadores, un nuevo descubrimiento importante fue la detección consistente de un agujero central pronunciado dentro del cono, formado por aire molecular en cada uno de los cuatro discos.
A continuación, el equipo de Pascucci espera ampliar estas observaciones a más discos protoplanetarios, para tener una mejor idea de qué tan comunes son las estructuras de viento de disco observadas en el Universo y cómo evolucionan con el tiempo.
“Creemos que pueden ser comunes, pero con cuatro objetos es un poco difícil saberlo”, dijo Pasucci. “Queremos obtener una muestra más grande con James Webb y luego ver si podemos detectar cambios en estos vientos a medida que las estrellas se fusionan y se forman los planetas”.