El telescopio Webb de la NASA descubre que los discos de formación de planetas duraron más en el universo primitivo
El telescopio espacial James Webb de la NASA acaba de resolver un enigma al probar un hallazgo controvertido realizado con el telescopio espacial Hubble de la agencia hace más de 20 años.
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| Esta es una imagen del telescopio espacial James Webb de NGC 346, un cúmulo estelar masivo en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia enana que es uno de los vecinos más cercanos de la Vía Láctea. Con su relativa falta de elementos más pesados que el hidrógeno y el helio, el cúmulo NGC 346 sirve como un indicador cercano para estudiar entornos estelares con condiciones similares en el universo temprano y distante. Diez pequeños círculos amarillos superpuestos en la imagen indican las posiciones de las diez estrellas estudiadas en este estudio. Créditos Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA) |
En 2003, el telescopio Hubble proporcionó evidencias de un planeta masivo alrededor de una estrella muy antigua, casi tan antigua como el universo. Estas estrellas poseen solo pequeñas cantidades de elementos más pesados que son los componentes básicos de los planetas. Esto implicaba que se formó algún planeta cuando nuestro universo era muy joven y que esos planetas tuvieron tiempo de formarse y crecer dentro de sus discos primigenios, incluso más grandes que Júpiter. Pero ¿cómo? Esto era desconcertante.
Para responder a esta pregunta, los investigadores utilizaron el telescopio Webb para estudiar las estrellas de una galaxia cercana que, al igual que el universo primitivo, carece de grandes cantidades de elementos pesados. Descubrieron que no solo algunas estrellas de esa galaxia tienen discos formadores de planetas, sino que esos discos tienen una vida más larga que los que se observan alrededor de estrellas jóvenes en nuestra galaxia, la Vía Láctea.
“Con Webb, tenemos una confirmación realmente sólida de lo que vimos con Hubble, y debemos repensar cómo modelamos la formación de planetas y la evolución temprana en el universo joven”, dijo el líder del estudio Guido De Marchi del Centro Europeo de Investigación y Tecnología Espacial en Noordwijk, Países Bajos.
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| Esta comparación muestra una imagen del Hubble del cúmulo estelar masivo NGC 346 (izquierda) frente a una imagen del Webb del mismo cúmulo (derecha). Mientras que la imagen del Hubble muestra más nebulosidad, la imagen del Webb atraviesa esas nubes para revelar más de la estructura del cúmulo. NGC 346 tiene una relativa falta de elementos más pesados que el helio y el hidrógeno, lo que lo convierte en un buen indicador de los entornos estelares en el universo temprano y distante. Créditos: Imagen: NASA, ESA, CSA, STScI, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA), Antonella Nota (ESA) |
Un entorno diferente en los primeros tiempos
En el universo temprano, las estrellas se formaron principalmente a partir de hidrógeno y helio, y muy pocos elementos más pesados, como carbono y hierro, que aparecieron más tarde a través de explosiones de supernovas.
“Los modelos actuales predicen que con tan pocos elementos más pesados, los discos alrededor de las estrellas tienen una vida corta, tan corta de hecho que los planetas no pueden crecer mucho”, dijo la coinvestigadora del estudio del Webb Elena Sabbi, científica jefa del Observatorio Gemini en el NOIRLab de la Fundación Nacional de la Ciencia en Tucson. “Pero el Hubble vio esos planetas, así que ¿qué pasa si los modelos no son correctos y los discos pueden vivir más tiempo?”
Para probar esta idea, los científicos enfocaron a Webb en la Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia enana que es una de las vecinas más cercanas de la Vía Láctea. En particular, examinaron el cúmulo masivo de formación estelar NGC 346, que también tiene una relativa falta de elementos más pesados. El cúmulo sirvió como un indicador cercano para estudiar entornos estelares con condiciones similares en el universo temprano y distante.
Las observaciones de NGC 346 realizadas con el Hubble a mediados de la década de 2000 revelaron que muchas estrellas de entre 20 y 30 millones de años de antigüedad todavía parecían tener discos de formación planetaria a su alrededor, lo que contradecía la creencia convencional de que dichos discos se disiparían después de 2 o 3 millones de años.
“Los hallazgos del Hubble fueron controvertidos, pues no solo contradecían las evidencias empíricas en nuestra galaxia, sino también los modelos actuales”, dijo De Marchi. “Fue intrigante, pero sin una manera de obtener espectros de esas estrellas, no podíamos establecer realmente si estábamos presenciando una acreción genuina y la presencia de discos, o simplemente algunos efectos artificiales”.
Ahora, gracias a la sensibilidad y resolución de Webb, los científicos tienen los primeros espectros de estrellas en formación similares al Sol y sus entornos inmediatos en una galaxia cercana.
“Vemos que estas estrellas están efectivamente rodeadas de discos y que aún están en proceso de engullir material, incluso a la edad relativamente avanzada de 20 o 30 millones de años”, dijo De Marchi. “Esto también implica que los planetas tienen más tiempo para formarse y crecer alrededor de estas estrellas que en las regiones de formación estelar cercanas en nuestra propia galaxia”.
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| Este gráfico muestra, en la parte inferior izquierda en amarillo, un espectro de una de las 10 estrellas objetivo de este estudio (así como la luz que la acompaña del entorno de fondo inmediato). Se destacan las huellas espectrales de helio atómico caliente, hidrógeno molecular frío e hidrógeno atómico caliente. En la parte superior izquierda en magenta hay un espectro ligeramente desplazado de la estrella que incluye solo la luz del entorno de fondo. Este segundo espectro carece de una línea espectral de hidrógeno molecular frío. A la derecha se muestra la comparación de las líneas superior e inferior. Esta comparación muestra un gran pico en el hidrógeno molecular frío que proviene de la estrella, pero no de su entorno nebular. Además, el hidrógeno atómico muestra un pico más grande proveniente de la estrella. Esto indica la presencia de un disco protoplanetario que rodea inmediatamente a la estrella. Los datos se obtuvieron con el conjunto de microobturadores del instrumento NIRSpec (espectrómetro de infrarrojo cercano) del telescopio espacial James Webb. Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI) |
Una nueva forma de pensar
Este hallazgo refuta las predicciones teóricas previas de que cuando hay muy pocos elementos más pesados en el gas que rodea al disco, la estrella lo destruiría muy rápidamente. Por lo tanto, la vida del disco sería muy corta, incluso menos de un millón de años. Pero si un disco no permanece alrededor de la estrella el tiempo suficiente para que los granos de polvo se adhieran entre sí y se formen guijarros que se conviertan en el núcleo de un planeta, ¿cómo pueden formarse los planetas?
Los investigadores explicaron que podría haber dos mecanismos distintos, o incluso una combinación, para que los discos formadores de planetas persistan en entornos escasos en elementos más pesados.
En primer lugar, para poder dispersar el disco, la estrella aplica presión de radiación. Para que esta presión sea efectiva, los elementos más pesados que el hidrógeno y el helio tendrían que residir en el gas. Pero el cúmulo estelar masivo NGC 346 solo tiene alrededor del diez por ciento de los elementos más pesados que están presentes en la composición química de nuestro Sol. Tal vez simplemente a una estrella de este cúmulo le toma más tiempo dispersar su disco.
La segunda posibilidad es que, para que se forme una estrella similar al Sol cuando hay pocos elementos más pesados, tendría que empezar a partir de una nube de gas más grande. Una nube de gas más grande producirá un disco más grande. Por lo tanto, hay más masa en el disco y, por lo tanto, tardaría más en expulsarlo, incluso si la presión de radiación funcionara de la misma manera.
“Al haber más materia alrededor de las estrellas, la acreción dura más tiempo”, afirmó Sabbi. “Los discos tardan diez veces más en desaparecer. Esto tiene implicaciones para la forma en que se forma un planeta y el tipo de arquitectura de sistemas que se puede tener en estos diferentes entornos. Es muy emocionante”.
El artículo del equipo científico aparece en la edición del 16 de diciembre de The Astrophysical Journal.
El telescopio espacial James Webb es el principal observatorio de ciencia espacial del mundo. Webb resuelve misterios en nuestro sistema solar, observa más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
El telescopio espacial Hubble ha estado en funcionamiento durante más de tres décadas y continúa realizando descubrimientos revolucionarios que dan forma a nuestra comprensión fundamental del universo. Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt administra el telescopio y las operaciones de la misión. Lockheed Martin Space, con sede en Denver, también respalda las operaciones de la misión en Goddard. El Instituto Científico del Telescopio Espacial en Baltimore, que es operado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble para la NASA.
Contacto con los medios
Instituto Científico del Telescopio Espacial Ann Jenkins , Baltimore, Maryland
Instituto Científico del Telescopio Espacial Christine Pulliam, Baltimore, Maryland
Enlaces y documentos relacionados
Publicado en Webb Space Telescope el 16 de diciembre del 2024, enlace publicación.
