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Nacimiento de un nuevo mundo: astrónomos confirman protoplaneta a 374 años luz de la Tierra

Situado a 374 años luz de distancia de la Tierra, HD169142 b ha sido confirmado como protoplaneta por un equipo de investigadores de la Universidad de Lieja y la Universidad de Monash.


Imagen del sistema HD 169142 que muestra la señal del planeta en formación HD 169142 b (alrededor de las 11 en punto), así como un brazo espiral brillante resultante de la interacción dinámica entre el planeta y el disco en el que se encuentra. La señal de la estrella, 100.000 veces más brillante que el planeta, fue sustraída por una combinación de componentes ópticos y procesamiento de imágenes (máscara en el centro de la imagen). Las observaciones en diferentes momentos muestran que el planeta avanza en su órbita a lo largo del tiempo. Imagen obtenida con el instrumento VLT/SPHERE de ESO. Crédito: V. Chrisitaens / ULiège

Un equipo internacional de investigadores, entre ellos Valentin Christiaens de la Universidad de Lieja, acaba de publicar los resultados del análisis de los datos del instrumento SPHERE del Observatorio Europeo Austral (ESO), que confirma un nuevo protoplaneta. Este resultado fue posible gracias a las herramientas avanzadas de procesamiento de imágenes desarrolladas por el PSILab de la Universidad de Lieja. El estudio se publica en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Los planetas se forman a partir de grupos de material en discos que rodean estrellas recién nacidas. Cuando el planeta todavía se está formando, es decir, cuando todavía está reuniendo material, se llama protoplaneta. Hasta la fecha, sólo dos protoplanetas habían sido identificados inequívocamente como tales, PDS 70 b y c, ambos orbitando la estrella PDS 70. Este número ahora se ha incrementado a tres con el descubrimiento y la confirmación de un protoplaneta en el disco de gas y polvo que rodea HD 169142, una estrella a 374 años luz de nuestro sistema solar.

Un protoplaneta es un planeta embrionario, un cuerpo grande que está en proceso de convertirse en un planeta. Se forma a partir de una concentración de gas y polvo dentro de un disco protoplanetario, un anillo de material que orbita una estrella recién formada. A medida que este material comienza a unirse, crea un protoplaneta que crece gradualmente atrayendo más material circundante a través de su creciente atracción gravitacional.

“Utilizamos observaciones del instrumento SPHERE del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) obtenidas en la estrella HD 169142, que se observó varias veces entre 2015 y 2019”, explica Iain Hammond, investigador de la Universidad de Monash (Australia) que permaneció en ULiège como parte de su tesis doctoral. “Como esperamos que los planetas estén calientes cuando se formen, el telescopio tomó imágenes infrarrojas de HD 169142 para buscar la firma térmica de su formación. Con estos datos, pudimos confirmar la presencia de un planeta, HD 169142 b, a unas 37 UA (37 unidades astronómicas, o 37 veces la distancia de la Tierra al Sol) de su estrella, un poco más lejos que la órbita de Neptuno”.

En 2020, un equipo de investigadores dirigido por R. Gratton había planteado previamente la hipótesis de que una fuente compacta vista en sus imágenes podría rastrear un protoplaneta. Nuestro nuevo estudio confirma esta hipótesis tanto a través de un nuevo análisis de los datos utilizados en su estudio como de la inclusión de nuevas observaciones de mejor calidad.

Las diferentes imágenes, obtenidas con el instrumento SPHERE del VLT entre 2015 y 2019, revelan una fuente compacta que se está moviendo con el tiempo como se esperaba para un planeta que orbita a 37 unidades astronómicas de su estrella. Todos los conjuntos de datos obtenidos con el instrumento SPHERE se analizaron con herramientas de procesamiento de imágenes de última generación desarrolladas por el equipo de PSILab de la Universidad de Lieja.

El último conjunto de datos considerado en nuestro estudio, obtenido en 2019, es crucial para la confirmación del movimiento del planeta”, explica Valentin Christiaens, investigador F.R.S.-FNRS en el PSILab (Instituto STAR / Facultad de Ciencias) de la ULiège. “Este conjunto de datos no se había publicado hasta ahora”.

Un disco protoplanetario es un disco plano y giratorio de gas denso y polvo que rodea a una estrella recién formada. Se forma a partir de la nube molecular original que colapsó para formar la estrella y contiene el material sobrante que no terminó en la estrella misma. Estos discos juegan un papel crucial en la formación del sistema planetario, ya que son el entorno en el que se forman y crecen los protoplanetas.

Las nuevas imágenes también confirman que el planeta debe haber tallado un espacio anular en el disco, como predijeron los modelos. Esta brecha es claramente visible en las observaciones de luz polarizada del disco.

“En el infrarrojo, también podemos ver un brazo espiral en el disco, causado por el planeta y visible a su paso, lo que sugiere que otros discos protoplanetarios que contienen espirales también pueden albergar planetas aún no descubiertos”, dice Hammond.

Las imágenes de luz polarizada, así como el espectro infrarrojo medido por el equipo de investigación, indican además que el planeta está enterrado en una cantidad significativa de polvo que ha acumulado desde el disco protoplanetario. Este polvo podría tener la forma de un disco circumplanetario, un pequeño disco que se forma alrededor del propio planeta, que a su vez podría formar lunas. Este importante descubrimiento demuestra que la detección de planetas por imágenes directas es posible incluso en una etapa muy temprana de su formación.

“Ha habido muchos falsos positivos entre las detecciones de planetas en formación en los últimos diez años”, dice Valentin Christiaens. “Aparte de los protoplanetas del sistema PDS 70, el estado de los otros candidatos todavía se debate acaloradamente en la comunidad científica. El protoplaneta HD 169142 b parece tener propiedades diferentes a los protoplanetas del sistema PDS 70, lo cual es muy interesante. Parece que lo hemos capturado en una etapa más joven de su formación y evolución, ya que todavía está completamente enterrado o rodeado de mucho polvo”.

Dado el número muy pequeño de planetas en formación confirmados hasta la fecha, el descubrimiento de esta fuente y su seguimiento debería darnos una mejor comprensión de cómo se forman los planetas, y en particular los planetas gigantes como Júpiter.

Se podría obtener una mayor caracterización del protoplaneta y una confirmación independiente a través de futuras observaciones con el Telescopio Espacial James Webb (JWST). La alta sensibilidad del JWST a la luz infrarroja debería permitir a los investigadores detectar las emisiones térmicas del polvo caliente alrededor del planeta.

Referencia: “Confirmation and Keplerian motion of the gap-carving protoplanet HD 169142 b” por Iain Hammond, Valentin Christiaens, Daniel J Price, Claudia Toci, Christophe Pinte, Sandrine Juillard y Himanshi Garg, 4 de abril de 2023, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters. DOI: 10.1093/mnrasl/slad027

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