Un planeta en formaci¨®n alrededor de una estrella joven da pistas sobre el origen del Sistema Solar

Alrededor de la estrella HL Tau se ha formado una acumulaci¨®n de polvo y gas que, probablemente, ir¨¢ creciendo a costa de la materia de su alrededor y acabar¨¢ formando un aut¨¦ntico planeta en el plazo de unos pocos millones de a?os. Un equipo internacional de astr¨®nomos ha logrado la imagen, obtenida con un enorme radiotelescopio, de ese embri¨®n planetario, y el hallazgo, mucho m¨¢s all¨¢ de la curiosidad que despierta, aporta piezas importantes del rompecabezas que supone para los cient¨ªficos los procesos que originan los cuerpos en ¨®rbita de las estrellas. ¡°Por primera vez, los astr¨®nomos est¨¢n viendo en acci¨®n el proceso clave de formaci¨®n de un planeta¡±, afirman los expertos del Instituto Max Planck de Astronom¨ªa (MPIA, Alemania). Y, ¡°s¨ª, el esquema que presenta HL Tau valdr¨ªa para el Sistema Solar: igual que se forma un futuro planeta, se pueden formar ocho¡±, comenta Guillem Anglada, cient¨ªfico del Instituto de Astrof¨ªsica de Andaluc¨ªa (IAA, del CSIC), que participa en esta investigaci¨®n cuyos resultados se van a publicar pr¨®ximamente en la revista The Astrophysical Journal Letters.

HL Tau es una estrella joven ¨Cen torno a un mill¨®n de a?os, o menos, frente a los 4.500 millones de a?os que tiene el Sol- y todav¨ªa no ha empezado siquiera a quemar hidr¨®geno. ¡°En realidad es una protoestrella que todav¨ªa est¨¢ agregando materia y comprimi¨¦ndose¡±, explica Jos¨¦ Mar¨ªa Torrelles, investigador del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC).

A una distancia de la Tierra de unos 460 a?os luz y con un brillante disco protoplanetario a su alrededor, esa estrella es una vieja conocida de los cient¨ªficos, y la eligieron como uno de los primeros objetos celestes hacia el que apuntar el gran radiotelescopio internacional ALMA, en Chile, cuando empez¨® a funcionar. La imagen obtenida caus¨® enorme satisfacci¨®n entre los astr¨®nomos tanto por la extraordinaria resoluci¨®n que ofrec¨ªa el nuevo observatorio (es capaz de ver detalles cinco veces m¨¢s peque?os que los que ve el telescopio espacial Hubble, se?ala Anglada), como por lo que desvel¨®: un complejo conjunto de anillos y surcos en el disco de HL Tau, con un detalle jam¨¢s visto hasta entonces. Fue en 2015. Tal fue la sorpresa, que en pocos meses se han publicado unos 40 art¨ªculos cient¨ªficos al respecto, destaca el astr¨®nomo del IAA.

Pero, aunque el ALMA (un conjunto de 66 antenas que funcionan coordinadas y en longitudes de onda submilim¨¦tricas) es excepcional para ver el disco con detalle por fuera, no es capaz de ver en su interior. Por ello, un equipo de astr¨®nomos, liderados por Carlos Carrasco Gonz¨¢lez (Universidad Aut¨®noma de M¨¦xico) y Thomas Henning (MPIA), decidieron recurrir a otro gran radiotelescopio, el VLA. Es tambi¨¦n un conjunto de grandes antenas sincronizadas (27 en este caso) y est¨¢n ubicadas en Nuevo M¨¦xico (EE. UU.), operando en mayores longitudes de onda que el ALMA, siendo as¨ª capaz de ver dentro de la nube de gas y polvo alrededor de HL Tau.

En esas im¨¢genes de VLA es donde los astr¨®nomos han detectado el protoplaneta, una acumulaci¨®n de materia situada a una distancia de la estrella de unas 10 veces la distancia de la Tierra al Sol, y que tendr¨¢ ya una masa de entre tres y ocho veces la de nuestro planeta. ¡°Ese conglomerado debe ser un embri¨®n de planeta que, ya en la fase actual contiene suficiente materia como para formar un cuerpo con una masa entre la de la Tierra y la de Neptuno¡±, se?alan los cient¨ªficos del MPIA. Y todo el polvo del disco que rodea la estrella, seg¨²n los datos del ALMA y del VLA, contiene entre 300 y 900 veces la masa de la Tierra.

Actualmente, el material s¨®lido del Sistema Solar es unas 60 veces la masa terrestre y est¨¢ formando, fundamentalmente, los planetas rocosos y los n¨²cleos de los gaseosos. As¨ª, se calcula que el disco protoplanetario del Sol debi¨® tener unas 180 veces la masa de la Tierra de material s¨®lido para que se formasen todos los cuerpos que conocemos ahora alrededor del astro.

¡°Las im¨¢genes detalladas como esta est¨¢n llevando la investigaci¨®n sobre la formaci¨®n de planetas a un nuevo nivel¡±, se?ala Henning acerca de las observaciones del ALMA y del VLA. ¡°Grandes estructuras como la acumulaci¨®n que hemos descubierto son, aparentemente, inevitables si queremos explicar la formaci¨®n de sistemas como nuestro Sistema Solar¡±.

Los astr¨®nomos saben c¨®mo se forman los planetas: se acumula polvo y gas del disco que gira en torno a una estrella y el grumo va creciendo a costa de la materia de su entorno hasta formarse un nuevo cuerpo celeste en ¨®rbita del astro. Pero este modelo simple no est¨¢ exento de problemas y contradicciones a la hora de concretar los mecanismos implicados.

¡°Hace una d¨¦cada empezamos a descubrir estructuras de anillos y surcos oscuros en esos discos de gas y polvo en torno a las estrellas¡±, recuerda Anglada. ¡°Se propuso entonces la hip¨®tesis de que esos surcos oscuros se formar¨ªan cuando un protoplaneta va barriendo el disco, acumulando materia y dejando esos huecos vac¨ªos¡±. Es un buen esquema. Pero no se aprecian planetas en los surcos oscuros del disco de HL Tau y, sin embargo, aparece la acumulaci¨®n de materia en un anillo brillante. ¡°La franja oscura que observamos ahora en las nuevas im¨¢genes de la estrella HL Tau no se ha producido por el barrido de un planeta¡±, recalca Torrelles.

Cabe otra explicaci¨®n, al menos para un proceso temprano como el observado en HL Tau, seg¨²n la cual un planeta nace en un anillo brillante de materia, como se observa en la imagen del disco. ¡°Las inestabilidades del sistema ¨Chay que recordar que la parte interna gira mucho m¨¢s r¨¢pido que la externa- van agrietando el disco de gas y polvo, generando esos finos surcos oscuros y anillos brillantes; se forma entonces un grumo inicial de materia en uno de esos anillos y ese grumo es la semilla del futuro planeta que va agregando m¨¢s materia de su entorno¡­. A la larga se acabar¨¢ formando un surco oscuro grande y un planeta¡±, explica Anglada.

Este mecanismo permite soslayar un problema de tiempo que surge en el esquema m¨¢s simple. ¡°En esos modelos sencillos, los discos protoplanetarios que rodean a una nueva estrella son uniformes y homog¨¦neos, todo sucede a peque?a escala con granos de polvo junt¨¢ndose y formando objetos m¨¢s grandes hasta que se forman planetas¡±, explican los cient¨ªficos del MPIA. Pero es un proceso demasiado lento. ¡°En unos 10 millones de a?os, la intensa radiaci¨®n de la joven estrella expulsa el gas y el polvo del disco y se acaba la fase de formaci¨®n planetaria, as¨ª que si no se han hecho ya esos cuerpos, no se podr¨¢n hacer¡±.

El nuevo modelo que se apoya en las im¨¢genes de HL Tau, sin embargo, permiten un mecanismo de formaci¨®n ultrar¨¢pido. Y la clave est¨¢ en que los surcos oscuros del disco no ser¨ªan en este caso producto de protoplanetas que van barriendo el espacio y tragando materia, sino que la estructura observada ser¨ªa parte del mismo proceso de formaci¨®n planetaria. Si los discos no son homog¨¦neos, sino que tiene peque?as concentraciones de materia, puede desencadenarse un proceso din¨¢mico que acaba formando, como los modelos de ordenador indican, los embriones de planetas.

?C¨®mo? Los cient¨ªficos del MPIA recurren a una analog¨ªa para explicarlo: igual que el flujo de agua de un r¨ªo va a acumulando sedimentos, piedras y hojas en algunos lugares del cauce, la concentraci¨®n de granos de polvo es mayor en algunos lugares que en otros del disco que rodea la estrella, solo que en este caso no ser¨ªa por el flujo de agua, sino por los campos magn¨¦ticos y diferencias de temperatura.

¡°Esto es exactamente lo que se observa en HL Tau: los anillos interiores del disco que se aprecian con el ALMA son suficientemente densos y masivos, y el VLA muestra la primera imagen de fragmentaci¨®n de un anillo de un disco¡±, concluyen los astr¨®nomos del instituto alem¨¢n. As¨ª, los astr¨®nomos ¡°han visto por primera vez en acci¨®n este proceso clave de formaci¨®n planetaria¡±.

En cuanto al problema del tiempo, ¡°si la formaci¨®n del planeta empieza m¨¢s pronto de lo que indicaba el esquema cl¨¢sico, hay mucho m¨¢s margen para completarse¡±, a?ade Anglada.

Los investigadores tienen a¨²n mucho trabajo por delante. Adem¨¢s de hacer m¨¢s observaciones con los radiotelescopios ALMA y VLA, quieren hacer nuevos modelos detallados del disco de LM Tau y las estructuras descubiertas para afinar los mecanismos iniciales de fragmentaci¨®n del disco, quieren recalcular los tiempos implicados en el proceso y averiguar si la acumulaci¨®n de materia que han detectado est¨¢ concentrando m¨¢s materia de su alrededor, lo que supondr¨ªa un dato clave para determinar que efectivamente se trata de un protoplaneta.