¿Alguna vez has hecho un desastre en tu cocina mientras horneabas? En algunos momentos puede parecer que la harina está flotando en el aire, pero una vez que hayas agregado mucha agua y hayas formado la masa, el pan se transforma en algo parecido a una bola. Un proceso similar está operando en un sistema solar lejano conocido como PDS 70, excepto que en vez de la harina y el agua del ejemplo, en la mezcla hay gas y polvo. En el caso del planeta gigante PDS 70b, el gas y el polvo se están introduciendo lentamente a medida que este mundo distante acumula masa durante millones de años.
Los investigadores que utilizaron el telescopio Hubble midieron directamente la tasa de crecimiento masivo de PDS 70b por primera vez utilizando las sensibilidades ultravioleta únicas del observatorio para capturar la radiación del gas extremadamente caliente que se precipita sobre el planeta. El mundo masivo, del tamaño de Júpiter, orbita aproximadamente a la misma distancia que Urano del Sol, aunque se arrastra a través de una barahúnda de gas y polvo a medida que se mueve a través del sistema solar. El planeta, que comenzó a formarse hace aproximadamente 5 millones de años, puede estar al final de su proceso de formación. Los hallazgos de los investigadores abren una nueva forma de estudiar la formación de planetas que podría ayudar a otros astrónomos que buscan aprender más sobre cómo crecen los planetas gigantes en sistemas solares remotos.
El telescopio espacial Hubble de la NASA está proporcionando a los astrónomos una mirada poco común a un planeta del tamaño de Júpiter que aún se está formando y que se está alimentando del material que rodea a una estrella joven.
A sus jóvenes 5 millones de años, el planeta gigante todavía está recolectando material y acumulando masa
«Simplemente no sabemos mucho sobre cómo crecen los planetas gigantes«, comenta Brendan Bowler, de la Universidad de Texas en Austin. «Este sistema planetario nos da la primera oportunidad de presenciar la caída de material sobre un planeta. Nuestros resultados abren una nueva área para esta investigación«.
Aunque hasta ahora se han catalogado más de 4.000 exoplanetas, hasta la fecha sólo unos 15 han sido captados directamente por telescopios. Y los planetas están tan lejos y son tan pequeños que son simplemente puntos en las mejores fotos. La nueva técnica del equipo para usar el Hubble para obtener imágenes directas de este planeta allana una nueva ruta para futuras investigaciones de exoplanetas, especialmente durante los años de su formación.
Este enorme exoplaneta, designado PDS 70b, orbita la estrella enana naranja PDS 70, que ya se sabe que tiene dos planetas en formación activa dentro de un enorme disco de polvo y gas que rodea la estrella. El sistema está ubicado a 370 años luz de la Tierra en la constelación de Centauro.
«Este sistema es tan emocionante porque podemos presenciar la formación de un planeta«, insiste Yifan Zhou, también de la Universidad de Texas en Austin. «Este es el planeta genuino más joven que el Hubble haya observado directamente«. A sus jóvenes 5 millones de años, el planeta todavía está recolectando material y acumulando masa.
La sensibilidad a la luz ultravioleta (UV) del Hubble ofrece una mirada única a la radiación del gas extremadamente caliente que cae sobre el planeta. «Las observaciones de Hubble nos permitieron estimar a qué velocidad está ganando masa el planeta«, agrega Zhou.
Las observaciones de luz ultravioleta, que se suman al cuerpo de investigación sobre este planeta, permitieron al equipo medir directamente la tasa de crecimiento masivo del planeta por primera vez. El mundo remoto ya ha aumentado hasta cinco veces la masa de Júpiter durante un período de aproximadamente 5 millones de años. La actual tasa de acreción medida ha disminuido hasta el punto en que, si la tasa se mantuviera estable durante otro millón de años, el planeta sólo aumentaría aproximadamente una centésima parte adicional de la masa de Júpiter.
Zhou y Bowler enfatizan que estas observaciones son una sola instantánea en el tiempo: se requieren más datos para determinar si la velocidad a la que el planeta agrega masa está aumentando o disminuyendo. «Nuestras mediciones sugieren que el planeta está al final de su proceso de formación«.
El joven sistema PDS 70 está lleno de un disco primordial de gas y polvo que proporciona combustible para alimentar el crecimiento de los planetas en todo el sistema. El planeta PDS 70b está rodeado por su propio disco de gas y polvo que extrae material del disco circunestelar mucho más grande. Los investigadores plantean la hipótesis de que las líneas de campo magnético se extienden desde su disco circumplanetario hasta la atmósfera del exoplaneta y canalizan material hacia la superficie del planeta.
«Si este material sigue las columnas del disco al planeta, causaría puntos calientes locales«, explica Zhou. «Estos puntos calientes podrían ser al menos 10 veces más calientes que la temperatura del planeta«. Se descubrió que estos parches brillaban intensamente a la luz ultravioleta.
Estas observaciones ofrecen información sobre cómo se formaron los planetas gigantes gaseosos alrededor de nuestro sol hace 4.600 millones de años. Júpiter puede haberse acumulado en un disco circundante de material que cae. Sus lunas principales también se habrían formado a partir de las sobras de ese disco.
Un desafío para el equipo fue superar el resplandor de la estrella madre. PDS 70b orbita aproximadamente a la misma distancia que Urano del Sol, pero su estrella es más de 3.000 veces más brillante que el planeta en longitudes de onda ultravioleta. Mientras Zhou procesaba las imágenes, eliminó con mucho cuidado el resplandor de la estrella para dejar atrás sólo la luz emitida por el planeta. Al hacerlo, mejoró el límite de cuán cerca puede estar un planeta de su estrella en las observaciones del Hubble en un factor de cinco.
«Treinta y un años después del lanzamiento, todavía estamos encontrando nuevas formas de usar el Hubble«, agrega Bowler. «La estrategia de observación y la técnica de posprocesamiento de Yifan abrirán nuevas ventanas para estudiar sistemas similares, o incluso el mismo sistema, repetidamente con Hubble. Con observaciones futuras, podríamos descubrir cuándo la mayoría del gas y el polvo cae sobre sus planetas y si lo hace a un ritmo constante«.
Los resultados de los investigadores se publican en el número de abril de 2021 en The Astronomical Journal.
