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Webb Revela Planetas Rocosos en Ambientes Estelares Extremos


En el centro de la imagen, una fuente de luz brillante ilumina un disco circundante, que cambia de colores blanco, gris y naranja. El disco está ligeramente inclinado desde la parte superior izquierda a la inferior derecha y tiene características espirales que son más prominentes cerca de la estrella. Pequeños objetos rocosos se encuentran dispersos por todo el disco. En la parte superior derecha hay un espacio a través del cual se pueden ver las estrellas de fondo.
Esta es la impresión artística de una estrella joven rodeada por un disco protoplanetario en el que se están formando planetas. Crédito: ESO/L. Calzada

Un equipo internacional de astrónomos ha utilizado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA/ESA/CSA para proporcionar la primera observación de agua y otras moléculas en las regiones internas y rocosas de formación de planetas de un disco en uno de los entornos más extremos de nuestra Galaxia. Estos resultados sugieren que las condiciones para la formación de planetas rocosos, típicamente encontradas en los discos de regiones de formación estelar de baja masa, también pueden ocurrir en regiones de formación estelar de alta masa y posiblemente en un rango más amplio de entornos.


Estos son los primeros resultados del programa Telescopio Espacial James Webb para Entornos de Luz Ultravioleta Extrema (XUE), que se centra en la caracterización de discos formadores de planetas en regiones de formación estelar de alta masa. Estas regiones son probablemente representativas del entorno en el que se formaron la mayoría de los sistemas planetarios. Comprender el impacto del entorno en la formación de planetas es importante para que los científicos obtengan información sobre la diversidad de las poblaciones observadas de exoplanetas.


Este gráfico presenta algunos de los primeros resultados del programa del Telescopio Espacial James Webb de eXtreme UV Environments (XUE). Estos resultados sugieren que las condiciones para la formación de planetas rocosos, que normalmente se encuentran en los discos de regiones de formación estelar de baja masa, también pueden ocurrir en regiones de formación de estrellas masivas y posiblemente en una gama más amplia de entornos.  Los astrónomos se centraron en las regiones rocosas de los discos de formación de planetas en la Nebulosa de la Langosta utilizando el espectrómetro de resolución media (MRS) de Webb del instrumento de infrarrojo medio ( MIRI ). Este primer resultado se centra en el disco protoplanetario denominado XUE 1, que se encuentra en el cúmulo de estrellas Pismis 24.  El disco interno alrededor de XUE 1 reveló firmas de agua (resaltada aquí en azul y centrada alrededor de 14,2 micrones), así como acetileno (C2H2, resaltado en verde; centrado alrededor de 13,7 micrones), cianuro de hidrógeno (HCN, resaltado en marrón; centrado alrededor 14,0 micrones) y dióxido de carbono (CO2, resaltado en rojo; centrado alrededor de 14,95 micrones). Como se indicó, algunas de las emisiones detectadas fueron más débiles que algunos de los modelos predichos, lo que podría implicar un pequeño radio exterior del disco.
El gráfico titulado “Disco protoplanetario irradiado XUE 1, espectroscopia de resolución media MIRI” muestra un gráfico de brillo versus longitud de onda de 13,3 a 15,5 micrones, con picos de acetileno, cianuro de hidrógeno, agua y dióxido de carbono resaltados. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, J. Olmsted (STScI), M. C Ramírez-Tannus (Instituto Max Planck de Astronomía)


El programa XUE apunta a un total de 15 discos en tres áreas de la Nebulosa de la Langosta (también conocida como NGC 6357), una gran nebulosa de emisión situada a aproximadamente 5500 años luz de la Tierra en la constelación de Escorpio. La Nebulosa de la Langosta es una de las formaciones estelares masivas más jóvenes y cercanas, y alberga algunas de las estrellas más masivas de nuestra Galaxia. Las estrellas masivas son más calientes y, por lo tanto, emiten más radiación ultravioleta (UV). Esto puede dispersar el gas, haciendo que la vida esperada del disco sea tan corta como un millón de años. Gracias a Webb, los astrónomos pueden estudiar ahora el efecto de la radiación UV en las regiones internas y rocosas de formación de planetas de discos protoplanetarios alrededor de estrellas como nuestro Sol.


"Webb es el único telescopio con la resolución espacial y la sensibilidad para estudiar discos formadores de planetas en regiones de formación estelar de alta masa", dijo la líder del equipo, María Claudia Ramírez-Tannus, del Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania.


Los astrónomos buscan caracterizar las propiedades físicas y la composición química de las regiones internas y rocosas de formación de planetas de discos en la Nebulosa de la Langosta utilizando el Espectrómetro de Resolución Media (MRS) del Instrumento de Infrarrojo Medio (MIRI) de Webb. Este primer resultado se centra en el disco protoplanetario llamado XUE 1, que se encuentra en el cúmulo estelar Pismis 24.

"Solo el rango de longitudes de onda y la resolución espectral del MIRI nos permiten sondear el inventario molecular y las condiciones físicas del gas y el polvo cálido donde se forman los planetas rocosos", dijo el miembro del equipo Arjan Bik de la Universidad de Estocolmo en Suecia.


Debido a su ubicación cerca de varias estrellas masivas en NGC6357, se espera que XUE 1 haya estado constantemente expuesto a un campo de radiación ultravioleta alto a lo largo de su vida. Sin embargo, en este entorno extremo, el equipo aún detectó una variedad de moléculas que son los componentes básicos de los planetas rocosos.


"Descubrimos que el disco interno alrededor de XUE 1 es sorprendentemente similar a los que se encuentran en regiones cercanas de formación estelar", dijo el miembro del equipo Rens Waters de la Universidad de Radboud en los Países Bajos. "Hemos detectado agua y otras moléculas como monóxido de carbono, dióxido de carbono, cianuro de hidrógeno y acetileno. Sin embargo, la emisión encontrada fue más débil de lo que algunos modelos predijeron. Esto podría implicar un pequeño radio externo del disco".


"Nos sorprendió y emocionó porque es la primera vez que estas moléculas se han detectado bajo condiciones tan extremas", agregó Lars Cuijpers de la Universidad de Radboud. El equipo también encontró polvo silíceo pequeño y parcialmente cristalino en la superficie del disco, considerado como los componentes básicos de los planetas rocosos.


Estos resultados son buenas noticias para la formación de planetas rocosos, ya que el equipo científico encuentra que las condiciones en el disco interno se asemejan a las de los discos bien estudiados ubicados en regiones cercanas de formación estelar, donde solo se forman estrellas de baja masa. Esto sugiere que los planetas rocosos pueden formarse en un rango mucho más amplio de entornos de lo que se creía anteriormente.

El equipo señala que las observaciones restantes del programa XUE son cruciales para establecer la generalidad de estas condiciones.


"XUE1 nos muestra que las condiciones para formar planetas rocosos están presentes, así que el próximo paso es verificar cuán comunes son", dice Ramírez-Tannus. "Observaremos otros discos en la misma región para determinar la frecuencia con la que se pueden observar estas condiciones".


Estos resultados se han publicado en The Astrophysical Journal.

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