7 de octubre de 2009
A. Johansen/ Leiden Observatory
Algunas estrellas son monstruos solitarios, sin planetas ni asteroides que las rodeen, mientras que otras parecen ser las grandes anfitrionas de cuerpos planetarios. Una nueva investigación publicada esta semana en The Astrophysical Journal Letters explica por qué la composición de las estrellas a menudo indica si su luz brilla hacia la profundidad del espacio o si en cambio hay una pequeña fracción de su brillo que recae sobre planetas orbitándola. Cuando una estrella se forma, colapsando a partir de una densa nube para formar una bola luminosa, ella y el disco de polvo y gas que la orbita reflejan la composición de esa nube original y de los elementos dentro de ella. Mientras que algunas nubes son pobres en elementos pesados, muchas son muy ricas en esos elementos. Ésas son las estrellas polvorientas buenas para albergar sistemas planetarios.
“Cuando se observan las estrellas, aquéllas con los elementos más pesados tienen más planetas”, dice el coautor Mordecai-Mark Mac Low, Curador de Astrofísica en el Museo Americano de Historia Natural. “En otras palabras, lo que está en el disco refleja lo que está en la estrella. Éste es un resultado de sentido común”. La observación de sistemas planetarios distantes muestra que los exoplanetas o planetas que orbitan otras estrellas, son mucho más abundantes alrededor de las estrellas que tienen mayor abundancia de elementos más pesados que el helio, como el hierro y el oxígeno. Estos elementos son los que pueden convertirse en rocas o hielo.
Las nuevas simulaciones de Mac Low y sus colegas Anders Johansen (Observatorio de Leiden, Holanda) y Andrew Youdin (Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica de la Universidad de Toronto) calcularon cómo los planetas y otros cuerpos se forman a medida que los guijarros se acumulan en mini-planetas, a los que se refiere como planetesimales. Su trabajo actual gira en torna a su investigación previamente publicada, que explicaba que las rocas que orbitan una estrella dentro de un disco de gas que gira más lentamente, no son rápidamente arrastradas hacia la estrella a causa de los vientos en contra que sienten. Al igual que los ciclistas corriendo tras el líder en el Tour de Francia, las rocas se alinean una detrás de la otra, de modo que orbitando con más piedras, sienten menos resistencia y derivan hacia la estrella más lentamente. Las rocas girando en órbitas más lejanas derivan hasta esas órbitas, hasta que hay tantas que la gravedad puede formar con ellas los mini-planetas. Esta concentración de rocas en órbita en un disco de gas se denomina “corriente de inestabilidad” y es el trabajo teórico del coautor Youdin. “Es un proceso de escape. Cuando un pequeño grupo de rocas distorsiona el flujo de gas, muchas otras se apresuran a alinearse como los ciclistas perezosos y la materia se acumula muy rápidamente”, dice.
El equipo fue capaz de construir este mecanismo – arrastre que conduce a agruparse – en una simulación tridimensional de gas y rocas sólidas orbitando a una estrella. Sus resultados muestran que cuando las piedras, hechas de elementos pesados, constituyen menos del uno por ciento de la masa de gas, la aglomeración es débil. Pero si la fracción de guijarros se incrementa ligeramente, la aglutinación aumenta drástica y rápidamente resultando en una acumulación de material suficiente para constituir los planetesimales de mayor escala. Estos mini-planetas trabajan como ladrillos de construcción planetaria. Se fusionan durante millones de años para formar planetas. En resumen, la aglomeración de piedras, cuando la fracción de sólidos en el gas es suficientemente alta, es la receta para la formación de los mini-planetas, un paso intermedio crucial para la formación de los planetas.
“Hay una transición muy abrupta entre no ser capaz de hacer ningún planeta y la facilidad para formarlos, que reside en un pequeño aumento en la abundancia de elementos pesados”, dice Johansen, autor principal del trabajo. “La probabilidad de tener planetas casi estalla”.
Youdin añade que “Hay una ventaja inherente a haber nacido ricos, en términos de roca sólida. Pero los sistemas menos favorecidos, como el propio Sistema Solar, pueden inclusive hacer planetas si trabajan para reunir sus recursos y aferrarse a sus sólidos a medida que el gas se evapora. Así, el Sol es más una estrella de clase media, que rica”. La abundancia de elementos pesados en el Sol sugiere que su disco planetario (el disco del que se formó el Sistema Solar) tenía una relación entre guijarros y gas muy cercana al valor crítico; si la abundancia de elementos pesados hubiese sido ligeramente menor, habría sido muy poco probable que se formasen planetesimales y planetas, y no estaríamos aquí para estudiar este asunto.
Los resultados de este trabajo se presentan el 8 de octubre de 2009 en la Reunión de la División Ciencias Planetarias de la Sociedad Astronómica Americana, en Puerto Rico.
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Etiquetas: discos planetarios, exoplanetas
