Utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), los astrónomos se han visto profundamente en una de las regiones más intensas de estrellas de la Vía Láctea, revelando que los planetas similares a la tierra pueden formarse incluso en los entornos más castigadores de la galaxia.
Las observaciones amplían el rango de entornos donde se pueden formar mundos habitables, dicen los investigadores. Anteriormente, los astrónomos pensaban que estas duras condiciones podrían no ser propicios para la formación de planetas. La radiación ultravioleta (UV) «se pensó durante mucho tiempo en representar una seria amenaza para la formación de planetas alrededor de estrellas cercanas y más pequeñas», Konstantin Getman, profesor de investigación en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de Penn State y coautor de un nuevo artículo que describe los hallazgos, dijo Space.com.
Sin embargo, los resultados, publicados el 20 de mayo en el Astrophysical Journal, muestran que incluso bajo estas duras condiciones ultravioletas, los discos protoplanetarios, remolinos de gas y polvo donde nacen los planetas, aún pueden sobrevivir y evolucionar.
«No podemos regresar en el tiempo para estudiar cómo se formaron los exoplanetas que observamos (hoy)», dijo la coautora del estudio María Claudia Ramírez-Tannus, astrónoma del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, a Space.com. «En cambio, necesitamos buscar sus homólogos más jóvenes, que son discos formadores de planetas que existen en entornos extremos con una intensa radiación ultravioleta».
El estudio fue destinado como un seguimiento de la investigación de 2023 que sugirió que los planetas similares a la tierra pueden formarse en entornos tan duros. En el nuevo estudio, el equipo internacional se centró en Xue 1, el disco que rodea a una estrella joven en este entorno extremo, para investigar el tamaño del disco, la masa, la masa, la temperatura y la composición química.
Xue 1 está bañado en radiación ultravioleta que es mucho más intensa que cualquier cosa que nuestro propio sistema solar haya experimentado. «De hecho, si Xue 1 se colocara en la ubicación del sol de nuestro sistema solar, recibiría 100,000 veces menos energía UV cada segundo que en este momento», dijo Bayron Portilla Revelo, un erudito postdoctoral en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de Penn State y autor principal del nuevo estudio, dijo Space.com.
«Una idea muy diferente»
JWST fue clave para el nuevo descubrimiento. El telescopio ha revolucionado el estudio de los discos protoplanetarios irradiados, ofreciendo la sensibilidad y la resolución necesarias para observarlos desde miles de años luz de distancia. «JWST es el único instrumento con la sensibilidad para observar discos relativamente débiles en regiones muy distantes», dijo Ramírez-Tannus.
El equipo aprovechó el instrumento de infrarrojo medio de JWST (MIRI), que captura el cosmos en longitudes de onda de luz de infrarrojo medio. Utilizaron observaciones recolectadas en 2023, complementadas por observaciones adicionales del telescopio de encuesta visible e infrarroja para la astronomía, el telescopio espacial Hubble y el telescopio espacial Spitzer.
Esos datos permitieron al equipo observar la emisión de un disco que está a 5,500 años luz de distancia. Para interpretar las observaciones, el equipo introdujo el primer modelo computacional termoquímico impulsado por JWST/MIRI y datos de archivo para simular cómo las reacciones de luz, calor y químicas interactúan dentro del disco protoplanetario Xue 1.
Los modelos termoquímicos ofrecen una gran ventaja para estudiar discos de formación de planetas porque permiten a los astrónomos explorar detalles como cuánto material está disponible para formar planetas. «Esto es crucial para comprender cómo surgen los sistemas planetarios como el nuestro», dijo Portilla Revelo.
Por otro lado, los modelos termoquímicos son computacionalmente exigentes y requieren una gran cantidad de datos para ser efectivos. Xue 1 se ha observado mal hasta ahora, por lo que los datos limitados hicieron que el disco protoplanetario sea difícil de modelar.
El modelo produjo espectros de luz sintética, que luego se compararon con los datos reales. Al igualar las simulaciones con observaciones, los investigadores inferieron propiedades críticas del disco, incluida su temperatura, densidad y composición química.
Su análisis reveló un disco compacto y truncado, donde la intensa radiación ultravioleta altera significativamente tanto las temperaturas del gas como la química que tiene lugar. Entre los hallazgos más llamativos se encontraba la presencia de agua, uno de los ingredientes clave para los planetas similares a la tierra, incluso en un entorno tan hostil.
Crucialmente, el modelado también mostró que la región interna del disco, la zona donde los planetas rocosos y potencialmente habitables pueden formarse, parece estar protegida de la peor radiación ultravioleta.
«Nuestro modelo indica que la parte más interna del disco, donde los planetas como la Tierra pueden formarse, parece no verse afectado por la dañina radiación UV externa», dijo Portilla Revelo.
«Antes de que se tomaran las observaciones, los científicos tenían una idea muy diferente de cómo sería el espectro», agregó. «Nuestro modelado ayuda a explicar por qué el espectro JWST aparece como lo hace. Si bien la luz UV de las estrellas cercanas afecta fuertemente las regiones externas del disco, donde es probable que se formen planetas gigantes, tiene poco impacto directo en las regiones internas, que son la fuente de la luz detectada por JWST».
Los hallazgos sugieren que la formación del planeta puede ser más resistente de lo que se pensaba anteriormente, ampliando así la gama de entornos donde los mundos que soportan la vida podrían surgir y ofreciendo una rara visión de los diversos viveros estelares de nuestra galaxia.
«Al estudiar más de estas regiones, especialmente aquellas expuestas a una fuerte luz UV de las estrellas masivas cercanas, podemos comprender mejor cómo los entornos tan intensos afectan los discos alrededor de las estrellas de todas las masas y tamaños», dijo Getman.
