Observaciones de 30 discos protoplanetarios replantean nuestra comprensión sobre cómo evoluciona el gas en las zonas de nacimiento planetario
Un equipo internacional ha revelado descubrimientos fundamentales sobre los discos de gas y polvo que rodean a estrellas jóvenes cercanas, gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Estos resultados, publicados en 12 artículos científicos en una edición especial de la revista The Astrophysical Journal, forman parte de un Programa Extendido de ALMA llamado AGE-PRO (ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks).
AGE-PRO observó 30 discos protoplanetarios alrededor de estrellas similares al Sol para medir la masa de gas en diferentes etapas de evolución. El estudio reveló que el gas y el polvo en estos discos evolucionan a ritmos distintos. “AGE-PRO ofrece las primeras mediciones sistemáticas de las masas y tamaños de los discos gaseosos a lo largo de toda su vida útil,” señaló Ke Zhang, investigadore principal del programa, de la Universidad de Wisconsin–Madison.
Un disco protoplanetario rodea a su estrella anfitriona durante varios millones de años, periodo en el cual su gas y polvo evolucionan y se disipan. Este proceso determina el plazo en que pueden formarse planetas gigantes. La masa, el tamaño y el momento angular inicial del disco influyen fuertemente en el tipo de planetas que pueden formar, ya sean gigantes gaseosos, gigantes helados o mini-Neptunos, y en sus posibles trayectorias de migración.
La exquisita sensibilidad de ALMA permitió al equipo detectar líneas moleculares muy débiles, lo que facilitó el estudio del gas frío en estos discos. AGE-PRO apuntó a 30 discos con edades diversas, que van desde menos de un millón hasta más de cinco millones de años, ubicados en tres regiones de formación estelar: Ofiuco, Lupus y Escorpio Superior. La encuesta capturó trazadores clave de la masa de gas y polvo, construyendo un conjunto de datos de legado para estudiar el ciclo de vida completo de los entornos donde se forman planetas.
Aunque el monóxido de carbono (CO) es el trazador más comúnmente usado en discos protoplanetarios, AGE-PRO también utilizó el ion molecular N₂H⁺ para mejorar la precisión de las estimaciones de masa de gas. Además, la sensibilidad de ALMA permitió la detección fortuita de otras líneas moleculares, como H₂CO, DCN, DCO⁺, N₂D⁺ y CH₃CN. “Este es el primer estudio extendido de la química a gran escala, que estudia 30 discos con un amplio rango de edades para caracterizar sus masas de gas,” explicó John Carpenter, científico jefe del observatorio ALMA y colíder del programa.
Los resultados muestran que el gas y el polvo se consumen a diferentes velocidades a medida que los discos envejecen, con una variación notable en la proporción entre masa de gas y masa de polvo a lo largo del tiempo. Zhang agrega: “Lo más sorprendente fue descubrir que, aunque la mayoría de los discos se disipan después de unos pocos millones de años, aquellos que logran sobrevivir retienen más gas del que esperábamos. Esto cambia fundamentalmente nuestra comprensión sobre cómo y cuándo los planetas adquieren sus atmósferas finales.”
Entre les colaboradores de AGE-PRO se destacó un equipo chileno de la Universidad de Chile, liderado por la astrofísica Laura Pérez, junto a les investigadores postdoctorales Carolina Agurto y Aníbal Sierra, todes afiliades al Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA). Pérez destacó el valor de la encuesta al ofrecer una visión sin precedentes sobre la evolución del gas: “Hasta ahora, la mayoría de lo que sabíamos sobre la evolución de los discos estaba basado en los sólidos. Con AGE-PRO, por fin tenemos mediciones directas y consistentes sobre cómo evoluciona el gas a lo largo de la vida del disco—algo crucial para comprender cómo se forman los planetas gigantes,” comentó Pérez.
Carolina Agurto lideró el análisis de la región de Escorpio Superior, conocida por contener discos más evolucionados. Su trabajo entregó información clave sobre las etapas finales de estos sistemas, mostrando que aquellos que perduran retienen mucho más gas del que se creía anteriormente. Por su parte, Aníbal Sierra se enfocó en uno de los discos más brillantes y antiguos del estudio: 2MASS J16120668-3010270, en el que identificó señales de dos planetas en formación. Uno detectado a través del polvo circundante y otro inferido por las perturbaciones gravitacionales. Ya se están planificando observaciones de seguimiento con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para detectar directamente estos exoplanetas.
Varias personas estudiantes de pre y posgrado en Chile también contribuyeron a AGE-PRO: Benjamín Cabrera, quien trabajó en la determinación de masas estelares; José Mondaca, quien analizó los discos más jóvenes en Ofiuco; y Camila Pulgarés, quien se centró en el estudio evolutivo del polvo en los 30 discos observados.
“El avance de la ciencia es un esfuerzo verdaderamente colaborativo, impulsado por personas de diferentes países y trayectorias, cada une aportando su perspectiva única para expandir los límites del conocimiento,” concluyó Ilaria Pascucci, coinvestigadora principal del programa, de la Universidad de Arizona.
Informacion adicional
El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de EE. UU., socio de ALMA en representación de América del Norte.
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE.UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)
La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.
Imágenes
Concepción artística de un disco protoplanetario, similar a los treinta estudiados para el sondeo ALMA AGE-PRO. La vida del gas dentro del disco determina la escala temporal del crecimiento planetario. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/S. Dagnello
Ilustración artística de la evolución de los discos de gas, revelada por el programa AGE-PRO. El programa AGE-PRO observó 30 discos protoplanetarios alrededor de estrellas similares al Sol para medir cómo cambia la masa de los discos de gas con la edad. La fila superior ilustra la tendencia previamente conocida: la proporción de estrellas jóvenes con discos disminuye con el tiempo. El estudio AGE-PRO muestra, por primera vez, que la masa media de los discos de gas supervivientes también disminuye con la edad. Los discos de menos de 1 millón de años suelen tener varias masas de gas equivalentes a las de Júpiter, pero esta se reduce rápidamente a menos de 1 masa de Júpiter en sistemas más antiguos. Curiosamente, los discos supervivientes en los rangos de edad de 1 a 3 millones de años y de 2 a 6 millones de años parecen mantener masas de gas medias similares. Crédito: Colaboración Age-Pro, C. Agurto-Gangas.
Fuente y Fotografías ®ALMA Observatory
