¿De dónde vienen los planetas? Todo el proceso puede complicarse. Los embriones planetarios a veces se topan con obstáculos para su crecimiento que los dejan como asteroides o núcleos planetarios desnudos. Pero finalmente se ha respondido al menos una pregunta sobre la formación planetaria: cómo obtienen el agua.
Durante décadas, las teorías de formación planetaria siguieron sugiriendo que los planetas reciben agua de fragmentos de roca cubiertos de hielo que se forman en los gélidos confines exteriores de los discos protoplanetarios, donde la luz y el calor de la estrella del sistema emergente carecen de la intensidad para derretir el hielo. A medida que la fricción del gas y el polvo del disco mueve estos guijarros hacia la estrella, llevan agua y otros hielos a los planetas después de cruzar la línea de nieve, donde las cosas se calientan lo suficiente como para que el hielo se sublime y libere enormes cantidades de vapor de agua. Todo esto era una hipótesis hasta ahora.
El telescopio James Webb de la NASA ha observado evidencia innovadora de estas ideas al tomar imágenes de cuatro discos protoplanetarios jóvenes. El telescopio utilizó su espectrómetro de resolución media (MRS) del instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb para recopilar estos datos, porque es especialmente sensible. al vapor de agua. Webb descubrió que en dos de estos discos aparecieron cantidades masivas de vapor de agua fría más allá de la línea de nieve, lo que confirma que el hielo que se sublima a partir de guijarros congelados puede efectivamente llevar agua a planetas como el nuestro.
En el borde
Webb tenía su ojo proverbial puesto en cuatro discos protoplanetarios que tenían sólo alrededor de 2 o 3 millones de años y se formaban alrededor de estrellas similares al Sol. De estos discos, dos eran compactos, mientras que los otros dos eran más grandes y tenían múltiples espacios que interrumpían el disco. El equipo de investigación detrás de esta investigación quería ver si el agua llegaba al disco interior a través de la sublimación del hielo en los guijarros que se desplazaban hacia adentro desde los bordes del disco. También intentaban determinar si esto sucedía de manera más eficiente en discos compactos o más grandes.
Estudios anteriores realizados con el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y ALMA habían encontrado algunos datos que sugerían que era posible la deriva de guijarros desde el exterior hacia el interior de un disco, junto con la posterior vaporización del hielo. Desafortunadamente, los datos no eran claros debido a su baja resolución; Las líneas espectrales que identificaban la presencia de agua estaban borrosas. La mayor resolución de Webb pudo separar estas líneas para que fueran mucho más distintas y mostraran los espectros de agua cálida y fría.
Los investigadores de Webb buscaban agua fría, lo que indicaría hielo sublimado, lo que confirmaba ideas previas sobre la deriva de guijarros congelados. El agua caliente en un disco sólo podría servir como evidencia, ya que probablemente significaría que la deriva y la sublimación ya habían ocurrido, y que el vapor de agua resultante ahora había sido calentado por la estrella del sistema planetario naciente.
De guijarro a planeta
En los dos discos más grandes se descubrió que los guijarros congelados en sistemas más grandes tienen dificultades para atravesar los huecos. A menudo quedan atrapados con otros materiales que flotan en un espacio y permanecen atrapados allí en lugar de continuar flotando hacia adentro. También tienden a encontrar trampas de presión, o regiones de mayor presión que hacen que se acumulen, lo que no impide por completo que se desvíen, pero actúa como un obstáculo cósmico. Si bien se detectó algo de vapor de agua frío en estos discos, no había la gran cantidad de vapor en la línea de nieve que el equipo estaba buscando.
Las observaciones de los discos compactos supusieron un gran avance. Los datos que Webb transmitió mostraron que, si bien había espectros que sugerían la presencia de emisiones de vapor de agua más cálidas en el interior del disco, también había un exceso de emisiones de vapor de agua fría justo en el exterior de la línea de nieve. Es desde aquí desde donde el vapor de agua viajará a las partes internas del disco.
«La deriva y la captura de guijarros proporcionan un proceso natural fundamental para un vínculo a gran escala entre las regiones internas y externas del disco que puede explicar el exceso de agua fría revelado por MIRI en los discos compactos analizados en este trabajo», dijeron los investigadores en un estudio reciente. publicado en The Astrophysical Journal Letters.
Entonces, ¿qué pasa a partir de ahí? Con el tiempo, los guijarros a la deriva que carecen de hielo chocarán entre sí hasta que comiencen a acumularse en lo que eventualmente podría convertirse en un planeta. Ese hipotético planeta podría recibir posteriormente vapor de agua y, dentro de miles de millones de años, incluso podría convertirse en otra Tierra. Quizás realmente existan análogos de nuestro planeta. Es posible que aún no se hayan formado.
Cartas de revistas astrofísicas, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/acf5ec