¿Se están formando lunas alrededor de este distante planeta gigante gaseoso?

Imagen compuesta de un disco alrededor de la joven estrella PDS 70, a 370 años luz de distancia. Los 2 planetas del sistema están marcados. Los astrónomos han descubierto que el joven planeta designado PDS 70 c tiene un disco circumplanetario, un posible lugar de nacimiento de exomoons. Imagen a través de ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / A. Isella / ESO.

Es bien sabido que los planetas nacen en discos circunestelares de gas y polvo que rodean estrellas jóvenes, y muchos de estos han sido observados por astrónomos. Del mismo modo, se cree que las lunas se forman en discos similares que rodean a los planetas, pero estos han sido más difíciles de encontrar. Este mes (11 de julio de 2019), los astrónomos anunciaron el descubrimiento de tal disco que rodea a un joven planeta gigante gaseoso en el sistema estelar PDS 70, a 370 años luz de distancia. Es la primera observación del tipo de disco circumplanetario que se cree que dio a luz a las lunas de Júpiter en nuestro sistema solar hace más de 4 mil millones de años.

El artículo de descubrimiento revisado por pares fue publicado en The Astrophysical Journal Letters el 11 de julio.

Los científicos piensan que es similar al tipo de disco que una vez rodeó a Júpiter y dio a luz a sus muchas lunas porque rodea un joven planeta gigante gaseoso aún en desarrollo, llamado PDS 70 c. Como explicó la astrónoma Andrea Isella de la Universidad de Rice:

Los planetas se forman a partir de discos de gas y polvo alrededor de las estrellas recién formadas, y si un planeta es lo suficientemente grande, puede formar su propio disco a medida que reúne material en su órbita alrededor de la estrella. Júpiter y sus lunas son un pequeño sistema planetario dentro de nuestro sistema solar, por ejemplo, y se cree que las lunas de Júpiter se formaron a partir de un disco circumplanetario cuando Júpiter era muy joven.

Como también señaló Isella en un artículo para el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO):

Por primera vez, podemos ver de manera concluyente los signos reveladores de un disco circumplanetario, lo que ayuda a apoyar muchas de las teorías actuales de la formación de planetas. Al comparar nuestras observaciones con las imágenes infrarrojas y ópticas de alta resolución, podemos ver claramente que una concentración enigmática de partículas de polvo diminutas es en realidad un disco de polvo que cede el planeta, la primera característica de este tipo que se observa de manera concluyente.

Comparación del disco circumplanetario y PDS 70 c, según lo visto por ALMA (izquierda) y anteriormente por VLT (derecha). La imagen infrarroja de VLT mostró el segundo planeta PDS 70 b, pero no PDS 70 c o el disco. Imagen vía A. Isella / ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / Rice University.

Se cree que este tipo de discos circumplanetarios no duran mucho tiempo, aproximadamente 10 millones de años como máximo, por lo que para encontrarlos, los astrónomos deben observar sistemas estelares muy jóvenes, donde todavía se están formando planetas. Solo se han encontrado unos pocos planetas candidatos antes. De acuerdo con Isella:

Hay un puñado de planetas candidatos que se han detectado en discos, pero este es un campo muy nuevo, y todos aún se debaten. (PDS 70 by PDS 70 c) se encuentran entre los más robustos porque ha habido observaciones independientes con diferentes instrumentos y técnicas.

Los astrónomos hicieron el descubrimiento utilizando la enorme matriz Atacama de gran antena de 66 milímetros / submilímetro (ALMA) en Chile; Las señales de radio de onda milimétrica revelaron la presencia de granos de polvo donde PDS 70 c y su planeta hermano, PDS 70 b, todavía se están formando en el disco circunestelar más grande.

El PDS 70b había sido observado por primera vez en 2018 por el instrumento SPHERE en el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral. SPHERE usó luz infrarroja para ver los planetas en formación en el disco de polvo. En junio de este año, los astrónomos utilizaron un instrumento VLT diferente llamado MUSE, que observa en una longitud de onda visible de luz llamada H-alfa. Esta longitud de onda se emite cuando el hidrógeno cae sobre una estrella o planeta y se ioniza. Esto fue aún mejor para confirmar que los planetas realmente estaban allí, como explicó Isella:

H-alpha nos da más confianza de que estos son planetas porque sugiere que todavía están atrayendo gas y polvo y creciendo.

Imagen de ALMA del sistema PDS 70, que muestra el disco circunestelar más grande que rodea a la joven estrella. Las dos pequeñas manchas son los dos planetas que aún se forman. Imagen a través de ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / A. Isella

Las nuevas observaciones de ALMA se suman a esta evidencia previa, mostrando que no solo los planetas son reales, sino que tienen el tipo de discos que los rodean que eventualmente deberían formar lunas. Isella agregó:

Es complementario a los datos ópticos y proporciona una confirmación completamente independiente de que hay algo allí.

Las observaciones de ALMA son valiosas ya que son menos limitadas que las de VLT. Como Isella explicó:

Esto significa que podremos volver a este sistema en diferentes períodos de tiempo y mapear más fácilmente la órbita de los planetas y la concentración de polvo en el sistema. Esto nos dará una visión única de las propiedades orbitales de los sistemas solares en sus primeras etapas de desarrollo.

Los datos más recientes de ALMA también muestran que hay diferencias claras entre los dos planetas. El más interno, PDS 70b, está aproximadamente a la misma distancia de su estrella que Urano está de nuestro sol, y tiene una masa de polvo en forma de cola detrás de él. De acuerdo con Isella:

Todavía no se sabe qué es y qué significa para este sistema planetario. Lo único concluyente que podemos decir es que está lo suficientemente lejos del planeta como para ser una característica independiente.

PDS 70 c, el más externo de los dos planetas, brilla intensamente en las bandas de luz infrarroja e hidrógeno. Esto significa que es probable que sea un planeta completamente formado, aunque aún se está desviando gas cercano adicional a la superficie del planeta. PDS 70 c se encuentra aproximadamente a la misma distancia de su estrella que Neptuno está de nuestro sol, y su masa se estima entre 1 y 10 veces la de Júpiter. Si está en el extremo más grande de esa escala, podría tener lunas del tamaño de un planeta, según Isella:

Si el planeta está en el extremo más grande de esa estimación, es muy posible que haya lunas del tamaño de un planeta en formación a su alrededor.

Andrea Isella. Imagen vía Rice University.

Quizás se haya encontrado una posible luna del tamaño de un planeta, que orbita el planeta gigante de gas Kepler-1625b, a 8, 000 años luz de distancia. Esta luna, si es real, es del tamaño de Neptuno, algo inaudito en nuestro sistema solar. Sin embargo, este descubrimiento potencial sigue siendo objeto de mucho debate y aún no se ha confirmado.

Estos hallazgos son emocionantes porque los científicos planetarios han pensado durante mucho tiempo que los planetas en otros sistemas solares deberían tener lunas, al igual que en nuestro propio sistema solar. Pero encontrarlos es difícil, y ninguno ha sido confirmado todavía, porque son mucho más pequeños que sus planetas anfitriones. Si los discos circumplanetarios como el que rodea PDS 70 c son comunes, entonces eso significaría que las lunas probablemente también sean comunes. Algunos, o quizás muchos, de esos podrían ser lunas oceánicas como Europa y Encelado en nuestro sistema solar, donde la vida podría existir.

Encontrar más discos circumplanetarios de este tipo también ayudará a los astrónomos a comprender mejor cómo se forman los sistemas planetarios en general, según Isella:

Hay mucho que no entendemos acerca de cómo se forman los planetas, y ahora finalmente tenemos los instrumentos para hacer observaciones directas y comenzar a responder preguntas sobre cómo se formó nuestro sistema solar y cómo podrían formarse otros planetas.

Concepto artístico del disco circumplanetario de gas y polvo que rodea al joven planeta gigante de gas PDS 70 c. La evidencia sugiere que puede haber lunas formándose en este disco. Imagen a través de NRAO / AUI / NSF / S. Dagnello

En pocas palabras: por primera vez, los astrónomos han confirmado un disco circumplanetario de gas y polvo alrededor de un joven planeta gigante gaseoso, donde podrían estar formándose lunas alienígenas.

Fuente: Detección de emisiones submilimétricas continuas asociadas con protoplanetas candidatos

Via Rice University

Vía Observatorio Nacional de Radioastronomía