Una nueva teoría sobre cómo se forman los planetas encuentra refugios de estabilidad en medio de violentas turbulencias en el remolino de gas que rodea a una estrella joven. Estas áreas protegidas son donde los planetas pueden comenzar a formarse sin ser destruidos. La teoría se publicará en la edición de febrero de la revista Icarus.
“Esta es otra forma de comenzar un planeta. Se casa con las dos teorías principales de la formación de planetas ", dijo Richard Durisen, profesor de astronomía y presidente de ese departamento en la Universidad de Indiana en Bloomington. Durisen es líder en el uso de computadoras para modelar la formación de planetas.
Al observar cómo se ejecutan sus simulaciones en un monitor de computadora, es fácil imaginarse mirando hacia abajo desde un punto de vista en el espacio interestelar y observando el proceso en realidad.
Un disco verde de gas gira alrededor de una estrella central. Finalmente, los brazos espirales de color amarillo comienzan a aparecer dentro del disco, lo que indica regiones donde el gas se está volviendo más denso. Luego aparecen algunas gotas de rojo, al principio solo pistas pero luego gradualmente más estables. Estas regiones rojas son aún más densas, lo que muestra dónde se acumulan las masas de gas que más tarde podrían convertirse en planetas.
Los gases turbulentos y los discos giratorios son construcciones matemáticas que utilizan hidrodinámica y gráficos por computadora. El monitor de la computadora muestra los resultados de los cálculos de los científicos como animaciones coloridas.
"Estos son los discos de gas y polvo que los astrónomos ven alrededor de las estrellas más jóvenes, a partir de los cuales se forman los planetas", explicó Durisen. "Son como un remolino gigante que gira alrededor de la estrella en órbita. Nuestro propio sistema solar se formó a partir de ese disco ".
Los científicos ahora conocen más de 130 planetas alrededor de otras estrellas, y casi todos son al menos tan masivos como Júpiter. "Los planetas gigantes de gas son más comunes de lo que podríamos haber adivinado incluso hace 10 años", dijo. "La naturaleza es bastante buena para hacer estos planetas".
La clave para entender cómo se hacen los planetas es un fenómeno llamado inestabilidades gravitacionales, según Durisen. Los científicos han pensado durante mucho tiempo que si los discos de gas alrededor de las estrellas son lo suficientemente masivos y lo suficientemente fríos, estas inestabilidades suceden, lo que permite que la gravedad del disco supere la presión del gas y haga que partes del disco se junten y formen grupos densos, que podrían convertirse en planetas.
Sin embargo, un disco gravitacionalmente inestable es un entorno violento. Las interacciones con otro material de disco y otros grupos pueden arrojar un planeta potencial a la estrella central o desgarrarlo por completo. Si se van a formar planetas en un disco inestable, necesitan un entorno más protegido, y Durisen cree que ha encontrado uno.
A medida que se ejecutan sus simulaciones, se forman anillos de gas en el disco en el borde de una región inestable y se vuelven más densos. Si las partículas sólidas que se acumulan en un anillo migran rápidamente a la mitad del anillo, el núcleo de un planeta podría formarse mucho más rápido.
El factor tiempo es importante. Un desafío importante que enfrentan Durisen y otros teóricos es un descubrimiento reciente por parte de los astrónomos de que los planetas gaseosos gigantes como Júpiter se forman con bastante rapidez según los estándares astronómicos. Tienen que hacerlo; de lo contrario, el gas que necesitan desaparecerá.
"Los astrónomos ahora saben que los discos masivos de gas alrededor de estrellas jóvenes tienden a desaparecer en un período de unos pocos millones de años", dijo Durisen. "Entonces esa es la oportunidad de hacer planetas ricos en gas. Júpiter y Saturno y los planetas que son comunes alrededor de otras estrellas son todos gigantes gaseosos, y esos planetas tienen que hacerse durante esta ventana de pocos millones de años cuando todavía hay una cantidad sustancial de disco de gas alrededor ".
Esta necesidad de velocidad causa problemas a cualquier teoría con un enfoque pausado para formar planetas, como la teoría de acreción del núcleo que era el modelo estándar hasta hace poco.
"En la teoría de la acumulación de núcleos, la formación de planetas gigantes gaseosos se inicia mediante un proceso similar a la forma en que los planetas como la Tierra se acumulan", explicó Durisen. “Los objetos sólidos se golpean y se pegan y crecen en tamaño. Si un objeto sólido crece aproximadamente 10 veces la masa de la Tierra, y también hay gas alrededor, se vuelve lo suficientemente masivo como para agarrar una gran cantidad de gas por gravedad. Una vez que eso sucede, se obtiene un rápido crecimiento de un planeta gigante gaseoso ".
El problema es que lleva mucho tiempo formar un núcleo sólido de esa manera, desde unos 10 millones hasta 100 millones de años. La teoría puede funcionar para Júpiter y Saturno, pero no para docenas de planetas alrededor de otras estrellas. Muchos de estos otros planetas tienen varias veces la masa de Júpiter, y es muy difícil hacer planetas tan enormes por acumulación de núcleos.
La teoría de que las inestabilidades gravitacionales por sí mismas pueden formar planetas gigantes gaseosos se propuso por primera vez hace más de 50 años. Recientemente se ha revivido debido a problemas con la teoría de acreción central. La idea de que grandes masas de gas colapsen repentinamente por gravedad para formar un objeto denso, tal vez en unas pocas órbitas, ciertamente se ajusta al marco de tiempo disponible, pero tiene algunos problemas propios.
De acuerdo con la teoría de la inestabilidad gravitacional, los brazos espirales se forman en un disco de gas y luego se rompen en grupos que están en órbitas diferentes. Estos grupos sobreviven y se hacen más grandes hasta que se forman planetas a su alrededor. Durisen ve estos grupos en sus simulaciones, pero no duran mucho.
"Los grupos vuelan y se cortan y se vuelven a formar y se destruyen una y otra vez", dijo. “Si las inestabilidades gravitacionales son lo suficientemente fuertes, un brazo espiral se romperá en grupos. La pregunta es, ¿qué les pasa?
Los coautores del artículo son la estudiante de doctorado de IU Kai Cai y dos de los antiguos estudiantes de Durisen: Annie C. Mejia, becaria postdoctoral en el Departamento de Astronomía de la Universidad de Washington; y Megan K. Pickett, profesora asociada de física y astronomía, Universidad Purdue de Calumet.
Fuente original: Comunicado de prensa de la Universidad de Indiana
