Se piensa que los planetas se forman en el interior de discos de gas y polvo, llamados discos protoplanetarios o circunestelares, que orbitan alrededor de estrellas jóvenes. Estos últimos años, grandes telescopios como ALMA nos han deleitado con detalladas imágenes de estos discos. Sin embargo, ha sido complejo detectar planetas en su proceso de formación aunque podemos deducir que están presentes por las huellas que dejan en los discos protoplanetarios.
Tales huellas son variaciones en la estructura de los discos y van desde espirales en el gas, surcos, cavidades, e incluso sombras. Una reciente investigación liderada por Matías Montesinos, colaborador del Núcleo Milenio de Formación Planetaria (NPF) e investigador asociado del Max Planck Tandem Group, modeló un disco protoplanetario para entender cómo un planeta en formación puede proyectar una sombra en el disco que lo alberga y cuáles son las evidencias observacionales de estas sombras. Esto, ya que las dificultades de estudiar planetas en formación de forma directa se pueden minimizar investigando este tipo de efectos indirectos.
En la investigación, publicada en la prestigiosa revista científica Astrophysical Journal, también participaron los investigadores asociados del NPF Johan Olofsson (líder del Max Planck Tandem Group) y Jorge Cuadra, la directora del centro Amelia Bayo y el investigador postdoctoral Clément Perrot.
Para analizar la estructura de un disco circumestelar es importante determinar su altura, la que indica cuán “inflado” está en la dirección vertical. Esta altura, explican los astrofísicos, se produce debido a un forcejeo constante entre la presión del gas del disco y la gravedad de la estrella y el gas. Como regla general, se espera que el disco tenga más altura mientras más alejado de la estrella se esté.
En esta investigación se utilizaron simulaciones numéricas hidrodinámicas para modelar los efectos que un planeta en formación, embebido en un disco protoplanetario, tiene sobre este disco. “Cuando un planeta se está formando, el gas a su alrededor está muy caliente (por sobre 1000K), lo cual aumenta considerablemente la presión de radiación del gas en la región próxima al planeta. Al aumentar localmente la presión del gas, ésta es capaz de levantar una columna de gas y polvo por sobre la vertical del planeta, generando una verdadera protuberancia en la superficie del disco”, explica Montesinos.
La protuberancia que se genera en la superficie del disco, indica el astrofísico, proyecta una sombra al ser iluminada por la estrella central.
“Este trabajo nos da pistas sobre el proceso de formación planetaria, y como efectos indirectos de este proceso pueden ser útiles para descubrir nuevos mundos. Desde un punto de vista más filosófico, nos da una mirada de cómo nuestra propia Tierra fue alguna vez ensamblada dejando todo tipo de huellas y pistas de este proceso a su alrededor”, destaca el investigador.
La siguiente etapa de la investigación es incluir física más detallada al calcular la estructura vertical del disco circumplanetario en regiones donde se encuentra un planeta. “El hidrógeno es un elemento muy abundante en el espacio y, por supuesto, presente en el traspaso de material del disco al planeta, lo cual llamamos acrecimiento. Con simulaciones se puede predecir, según como sea este traspaso de material, como podríamos observar distintas líneas espectrales de hidrógeno (algo así como su huella digital). Ya no estamos tan enfocados en las sombras de un planeta, sino cómo poder observarlos directamente”, finaliza Montesinos.