¿Es nuestro Sistema Solar comparable a otros sistemas solares? ¿Cómo son otros sistemas? Sabemos por estudios de exoplanetas que muchos otros sistemas tienen Júpiteres calientes, gigantes gaseosos masivos que orbitan muy cerca de sus estrellas. ¿Es eso normal y nuestro Sistema Solar es el caso atípico?
Una forma de abordar estas preguntas es estudiar los discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes para ver cómo evolucionan.
Pero estudiar una gran muestra de estos sistemas es la única forma de obtener una respuesta.
Así que eso es lo que hizo un grupo de astrónomos cuando estudiaron 873 discos protoplanetarios.
La masa es la pieza fundamental en un nuevo estudio sobre los discos de formación de planetas. La masa del disco determina cuánta materia está disponible para formar planetas.
Al medir la masa de los discos alrededor de las estrellas jóvenes, los astrónomos pueden limitar la masa total de los planetas que podrían formarse allí y acercarse un paso más a la comprensión de la arquitectura del sistema solar.
El nuevo estudio es “Estudio de discos de Orión con ALMA (SODA): I. Datos demográficos a nivel de nube de 873 discos protoplanetarios.“Está publicado en la revista Astronomía y Astrofísicay el autor principal es Sierk van Terwisga, científico del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania.
“Hasta ahora, no sabíamos con certeza qué propiedades dominan la evolución de los discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes”, van Terwisga dicho en un comunicado de prensa.
“Nuestros nuevos resultados ahora indican que en entornos sin ninguna influencia externa relevante, la masa de disco observada disponible para formar nuevos planetas solo depende de la edad del sistema de disco estelar”.
La masa de polvo no solo les dice a los astrónomos la masa de los planetas que podrían formarse a partir de un disco. Dependiendo de la edad del disco, también podría decirles a los astrónomos qué planetas ya se han formado.
Pero otros factores también afectan la masa del disco, y esos factores varían de un disco a otro. Cosas como el viento estelar y la irradiación de estrellas cercanas fuera del disco también pueden afectar la masa.
Entonces, ¿cómo pudieron los investigadores aislar esos efectos en una muestra tan grande?
Se centraron en una región bien conocida de discos protoplanetarios llamada Una nube de Oriónque forma parte del Complejo de la Nube Molecular de Orión (OMCC).
El OMCC está a unos 1350 años luz de distancia y es el hogar de la bien estudiada Nebulosa de Orión, una característica que incluso los astrónomos pueden ver.
(SE de Terwisga et al./MPIA)
Sobre: Esta imagen muestra la gigante nube de formación estelar Orión A observada por el instrumento SPIRE (receptor de imágenes espectrales y fotométricas) a bordo del telescopio espacial Herschel. Traza la distribución a gran escala del polvo frío. Orión A está a unos 1350 años luz de distancia y consiste en regiones individuales de formación de estrellas, como lo indican sus etiquetas. Se indican las ubicaciones de los discos de formación de planetas (+) observados con ALMA, mientras que los discos con masas de polvo superiores al equivalente de 100 masas terrestres aparecen como puntos azules.
Álvaro Hacar es coautor del estudio y científico de la Universidad de Viena, Austria. “Orion A nos proporcionó un gran tamaño de muestra sin precedentes de más de 870 discos alrededor de estrellas jóvenes”, dijo Hacar. dicho. “Era crucial poder buscar pequeñas variaciones en la masa del disco dependiendo de la edad e incluso de los entornos locales dentro de la nube”.
Esta es una buena muestra porque todos los discos pertenecen a la misma nube. Eso significa que su química es uniforme y todos tienen la misma historia.
El cercano Cúmulo Nebular de Orión (ONC) alberga algunas estrellas masivas que podrían afectar a otros discos, por lo que el equipo rechazó cualquier disco en Orión A que se encuentre a menos de 13 años luz del ONC.
Medir la masa de todos estos discos fue complicado. El equipo utilizó el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) para observar el polvo. ALMA se puede sintonizar en diferentes longitudes de onda, por lo que el equipo observó los discos jóvenes en una longitud de onda de 1,2 mm.
A esa longitud de onda, el polvo es brillante, pero la estrella es tenue, lo que ayuda a eliminar el efecto de la estrella en cada disco. Dado que observar a 1,2 milímetros hace que las observaciones sean insensibles a objetos de más de unos pocos milímetros, por ejemplo, planetas que ya se han formado, las mediciones del equipo midieron solo el polvo disponible para formar nuevos planetas.
Medir el polvo sin la interferencia de las estrellas fue un obstáculo, pero los investigadores enfrentaron otro: los datos.
Una encuesta detallada de casi 900 discos protoplanetarios crea una gran cantidad de datos, y todos esos datos deben procesarse antes de que tengan algún significado colectivo. Si el equipo se hubiera basado en los métodos existentes, se habrían tardado unos seis meses en procesar todos esos datos.
En cambio, desarrollaron su propio método para manejar los datos usando procesamiento en paralelo. Lo que hubiera tomado meses tomó menos de un día. “Nuestro nuevo enfoque mejoró la velocidad de procesamiento en un factor de 900”, el coautor Raymond Oonk dicho.
Cuando procesaron los datos, los investigadores encontraron que la mayoría de los discos contenían solo 2,2 masas terrestres de polvo. Solo 20 de los casi 900 discos contenían suficiente polvo para 100 o más Tierras.
“Para buscar variaciones, diseccionamos la nube de Orión A y analizamos estas regiones por separado. Gracias a los cientos de discos, las submuestras aún eran lo suficientemente grandes como para producir resultados estadísticamente significativos”, van Terwisga. explicado.
Los investigadores encontraron cierta variabilidad en la masa de polvo del disco en diferentes regiones de Orion A, pero las variaciones fueron mínimas. El efecto de la edad puede explicar las variaciones, según los autores. A medida que los discos envejecen, la masa del disco disminuye y los grupos de discos de la misma edad tienen la misma distribución de masa.
“Debemos subrayar que las diferencias entre estos cúmulos, que se encuentran alejados unos de otros en el cielo, son pequeñas y poco significativas entre sí y con el campo, incluso en los casos más extremos”, señalan los autores. escribir en su papel.
(Van Terwisga et al., Astronomía y Astrofísica, 2022)
Sobre: Esta figura muestra los seis grupos de baja masa y baja densidad de YSO en el estudio. A pesar de su amplia distribución en Orión A, los discos muestran la misma correlación masa-edad.
Se espera que, a medida que los discos envejecen, su masa de polvo disminuya. La formación planetaria explica la mayor parte de esa disminución: lo que antes era polvo se convierte en planetas.
Pero otros efectos también contribuyen a la pérdida de polvo. El polvo puede migrar hacia el centro del disco y la irradiación de la estrella anfitriona puede evaporar el polvo.
Pero este estudio fortalece la correlación entre la edad y la pérdida de polvo.
¿Pueden aplicarse los resultados de este estudio a otras poblaciones jóvenes de discos estelares? Los autores compararon sus resultados de Orion A con varias regiones vecinas de formación estelar con discos jóvenes.
La mayoría de ellos, pero no todos, encajan con la pérdida de masa relacionada con la edad que se observa en Orion A.
“En conjunto, creemos que nuestro estudio demuestra que al menos dentro de los próximos 1000 años luz, todas las poblaciones de discos de formación de planetas muestran la misma distribución de masa a una edad determinada. Y parecen estar evolucionando más o menos de la misma manera. camino”, van Terwisga dicho.
Los investigadores tienen más trabajo que les gustaría hacer. Van a examinar el efecto que pueden tener las estrellas más pequeñas en una escala más pequeña de unos pocos años luz.
En este estudio, evitaron el efecto que las estrellas masivas de la ONC pueden tener en los discos vecinos. Pero las estrellas de fondo más pequeñas aún podrían estar afectando los discos, y podrían explicar algunas de las pequeñas variaciones en la correlación edad-masa.
La edad de la estrella y su disco, las propiedades químicas y la dinámica de la nube madre se combinan con la masa para pintar una imagen más clara del sistema solar que surge del disco. Los astrónomos no pueden tomar datos como estos y predecir qué tipo de planetas podrían formarse en un Sistema Solar determinado.
Pero es notable que la correlación entre la edad del disco y la masa del disco sea fuerte, incluso en estructuras grandes como Orion A.
“Las propiedades notablemente homogéneas de las muestras de discos de la misma edad son un hallazgo sorprendente”, afirman los autores. concluiry sus resultados confirman lo que insinuaban estudios y encuestas anteriores.
“Ahora, sin embargo, podemos demostrar que esto se aplica a una mayor cantidad de YSO y cúmulos de YSO, que se forman en partes bien separadas de la misma nube gigante. Por primera vez, el tamaño sin precedentes de SODA (Survey of Orion Disks with Alma ) muestra de disco nos permite acercarnos a los efectos de los gradientes de edad y la agrupación en una sola región de formación estelar”.
Este artículo fue publicado originalmente por Universo hoy. Leer el artículo original.