Las imágenes de alta definición obtenidas recientemente por la red de radiotelescopios del complejo Atacama Large Millimiter/Submillimiter Array (Alma), en Chile, están revelando detalles inéditos e inesperados de las etapas iniciales de la formación de estrellas y planetas: el desarrollo simultáneo de ambos tipos de astros en un sistema permanentemente alimentado por la nube matriz de gas y polvo. Hasta ahora, las observaciones sugerían que las estrellas se formaban en una primera etapa y luego surgían los planetas, cuando la nube de materia que había dado origen a la estrella y a su disco protoplanetario ya se había disipado. “La sensibilidad superior del Alma nos está obligando a reinventar los modelos clásicos de formación de los sistemas estelares”, dice el astrofísico brasileño Felipe Alves, que realizó una pasantía posdoctoral en el Centro para Estudios Astroquímicos del Instituto Max Planck para la Física Extraterrestre, en Múnich (Alemania). Alves es el autor principal de un estudio que salió publicado en noviembre en la revista The Astrophysical Journal Letters que describe este fenómeno.
El científico utiliza la red de dispositivos instalada en el desierto chileno de Atacama desde 2015 para observar estrellas en formación, las llamadas protoestrellas, y ahora detectó el nacimiento del nuevo sistema estelar en una región del espacio ubicada a una distancia de 530 años luz de la Tierra, en dirección a la constelación de Ofiuco. Este par estrella-planeta, conocido por la sigla [BHB2007]1, está ubicado cerca de más de una decena de protoestrellas dentro del conglomerado Barnard 59, un fragmento de una nube de gas y polvo mucho mayor, la nebulosa de la Pipa.
Esa nebulosa es una vieja conocida de Alves. En 2008, él mapeó los campos magnéticos de la región utilizando los equipos disponibles en el Observatorio de Pico dos Dias, del Laboratorio Nacional de Astrofísica (LNA), en el estado de Minas Gerais, en un trabajo coordinado por el astrofísico Gabriel Franco, de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), con quien colabora en su investigación actual. Alves y Franco ya habían observado en el cúmulo Barnard 59 un peculiar par de protoestrellas conectadas entre sí por filamentos, el objeto [BHB 2007]11 (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 285).
Estudios realizados por otros grupos habían estimado que el sistema [BHB 2007]1 tenía una antigüedad aproximada de 1 millón de años. Ese es el tiempo que, según se desprende de las observaciones y de los modelos teóricos, una estrella con una masa similar a la del Sol, demoraría en organizar a su alrededor el disco de gas y polvo en cuyo interior surgirán los planetas, el mentado disco protoplanetario. En la mayoría de los sistemas protoestelares que se han observado, la formación de los planetas resulta claramente visible solamente cuando el disco protoplanetario se encuentra totalmente aislado de la nube de gas y polvo que lo originó. Este no es el caso en [BHB 2007]1. “Hallamos filamentos gigantes de gas y polvo de la nube madre cayendo en dirección hacia el disco de ese objeto”, relata Alves, quien realizó las observaciones en colaboración con científicos de Estados Unidos, España, Francia y Chile.
De acuerdo con la teoría clásica de la formación de las estrellas, estas surgen en las zonas más densas y frías de las colosales nubes de gas y polvo. En esas regiones, la fuerza gravitacional supera a la agitación de las partículas materiales haciendo que se agrupen. A medida que el colapso gravitatorio comprime a la materia en el centro de la región, sus átomos comienzan a fusionarse, generando nuevos elementos químicos y la luz que irradia la futura estrella. Simultáneamente, el colapso provoca que el gas y el polvo que caen hacia el centro de la protoestrella giren cada a mayor velocidad, creando el disco alrededor de la estrella, denominado disco circunestelar. Hasta ahora, los modelos teóricos consideraban que los planetas solo comenzaban a formarse luego de disiparse por completo la nube originaria que alimenta el disco algo más maduro, cuando este ya reúne las condiciones ideales para la formación de los planetas y recibe el nombre de disco protoplanetario. Sin embargo, las observaciones que se llevaron a cabo con el Alma indican que los filamentos de materia pueden seguir conectando a la nube madre con el disco protoplanetario incluso después de iniciarse la formación de los planetas.
“Es una gran novedad”, dice Othon Winter, un físico especializado en dinámica orbital de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) en Guaratinguetá (São Paulo), quien estudia la evolución del Sistema Solar. “Los estudios evolutivos de los discos protoplanetarios deberán tener en cuenta el aumento de materia procedente de la nube molecular, que producirá efectos en la formación de los planetas que hasta ahora no se habían considerado”.
El disco protoplanetario del objeto [BHB 2007]1 tiene un diámetro de alrededor de 220 unidades astronómicas (UA); una unidad astronómica corresponde a la distancia que separa a la Tierra del Sol. En el interior de ese disco, los astrofísicos han descubierto una gran cavidad anular con mucho menos polvo, situada en un rango espacial que va de 20 UA a 90 UA a partir del centro.
Las observaciones del Alma, combinadas con las efectuadas por otra red de radiotelescopios –Very Large Array (VLA)– en Estados Unidos, indican que en el interior de ese anillo hay un objeto con una masa entre 4 y 70 veces mayor que la de Júpiter, el mayor planeta del Sistema Solar. Los científicos aún no saben con certeza si ese objeto es un planeta gaseoso gigante, como Júpiter, o una enana marrón, una estrella que no tiene masa suficiente para brillar.
“En el Alma esperamos poder observar pronto otras propiedades de la protoestrella y, quizá, detectar indicios directos del planeta o de la enana marrón”, comenta Alves, quien sospecha que la formación, tanto de la estrella principal como del gigante gaseoso o de la enana marrón seguiría alimentándose del material de la nube madre. “El proceso de formación del Sistema Solar y de la Tierra”, supone el investigador, “podría haber seguido una evolución similar a la de esas protoestrellas”.
Artículo científico
ALVES, F. O. et al. A case of simultaneous star and planet formation. The Astrophysical Journal Letters. 19 nov. 2020.
