Los científicos que utilizan el telescopio espacial James Webb de la NASA acaban de hacer un descubrimiento revolucionario al revelar cómo se forman los planetas. Al observar el vapor de agua en el disco protoplanetario, Webb confirmó un proceso físico que implica la deriva de sólidos cubiertos de hielo desde las regiones exteriores del disco planetario hacia las regiones planetarias rocosas.

El concepto de este artista compara dos discos típicos de formación de planetas alrededor de estrellas recién nacidas similares al Sol. A la izquierda hay una bandeja compacta, a la derecha una bandeja de expansión con huecos. Recientemente, los científicos utilizaron el telescopio Webb para estudiar cuatro discos protoplanetarios: dos discos compactos y dos discos extendidos. Los investigadores diseñaron sus observaciones para probar si las regiones internas de los discos compactos de formación de planetas contienen más agua que los discos expandidos de formación de planetas con espacios. Este podría ser el caso si los guijarros cubiertos de hielo en discos estelares compactos se desplazan más eficientemente hacia las proximidades de la estrella, transportando grandes cantidades de sólidos y agua a los planetas interiores rocosos nacientes. Fuente: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

El descubrimiento del Telescopio Espacial Webb de la NASA respalda el proceso de formación de planetas propuesto desde hace mucho tiempo

La teoría ha sostenido durante mucho tiempo que los guijarros helados formados en las frías regiones exteriores de los discos protoplanetarios (las regiones donde se originan los cometas en el sistema solar) deberían haber sido las semillas básicas para la formación de planetas. El principal requisito de estas teorías es que los guijarros helados se desplacen hacia el interior de la estrella debido a la fricción del disco gaseoso, proporcionando al planeta sólidos y agua.

Una predicción básica de esta teoría es que a medida que los guijarros de hielo se mueven hacia áreas más cálidas dentro de la "línea de nieve" -donde el hielo se transforma en vapor de agua- deberían liberar grandes cantidades de vapor de agua fría. Esto es exactamente lo que observó Weber.

"Webb finalmente reveló un vínculo entre el vapor de agua en el disco interno y la deriva de guijarros de hielo en el disco externo", dijo el investigador principal Andrea Banzatti de la Universidad Estatal de Texas en San Marcos, Texas. "¡Este descubrimiento abre la interesante perspectiva de utilizar el telescopio Webb para estudiar la formación de planetas rocosos!"

Esta figura compara datos espectrales de agua fría y cálida en el disco GKTau, que es un disco compacto sin anillos, y el disco CITau extendido, que tiene al menos tres anillos en diferentes órbitas. El equipo científico aprovechó el poder de resolución sin precedentes del MRS (espectrómetro de resolución moderada) de MIRI para separar el espectro en líneas individuales que detectan agua a diferentes temperaturas. Como puede ver en la imagen de arriba, estos espectros muestran claramente que hay un exceso de agua fría en el disco compacto GKTau en comparación con el disco CITau grande. El siguiente gráfico muestra el exceso de datos de agua fría en el disco compacto GKTau menos los datos de agua fría en el disco CITau extendido. Datos reales en violeta superpuestos al espectro del modelo de agua fría. Observe lo cerca que están. Fuente: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI), Andrea Banzatti (Universidad Estatal de Texas)

Colette Salyk, miembro del equipo del Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York, explicó: "En el pasado, teníamos una imagen muy estática de la formación de planetas, casi como si hubiera regiones aisladas a partir de las cuales se formaron los planetas. Ahora tenemos evidencia de que estas regiones pueden interactuar entre sí. Esto es lo que sucede también en el sistema solar".

Los investigadores utilizaron el generador de imágenes de infrarrojo medio (MIRI) del Telescopio Webb para estudiar cuatro discos, dos compactos y dos extendidos, alrededor de estrellas similares al Sol. Se estima que las cuatro estrellas tienen entre 2 y 3 millones de años, lo que las convierte en recién nacidas en el tiempo cósmico.

Se espera que los dos discos compactos experimenten una eficiente deriva de guijarros helados, enviando guijarros helados a distancias comparables a la órbita de Neptuno. Por el contrario, los guijarros del disco extendido están retenidos en múltiples anillos a una distancia de hasta seis veces la órbita de Neptuno.

Esta imagen es una interpretación de los datos del generador de imágenes de infrarrojo medio (MIRI) del Telescopio Webb, que es sensible al vapor de agua en el astrolabio. Muestra las diferencias en la deriva de los guijarros y el contenido de agua entre los discos compactos y los discos expandidos con anillos y huecos. En el disco compacto de la izquierda, los guijarros de hielo cubiertos de nieve no están obstruidos a medida que se desplazan hacia regiones más cálidas y cercanas a la estrella. Cuando cruzaron la línea de nieve, el hielo se convirtió en vapor de agua, proporcionando grandes cantidades de agua para los planetas interiores rocosos recién formados. A la derecha hay un disco expandido con anillos y espacios. A medida que los guijarros de hielo cubiertos de nieve comienzan a volar hacia adentro, muchos quedan atrapados en los huecos y quedan atrapados en el anillo. Menos piedras de hielo son capaces de cruzar la línea de nieve y transportar agua a la región interior del disco. Fuente: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Las observaciones de Webb fueron diseñadas para determinar si las regiones de planetas rocosos dentro de discos compactos tienen mayor abundancia de agua, lo que sería el caso si los guijarros se desplazaran de manera más eficiente y entregaran grandes cantidades de material sólido y agua a los planetas interiores. El equipo optó por utilizar el MRS (espectrómetro de resolución moderada) de MIRI porque es muy sensible al vapor de agua en el disco.

Los resultados confirmaron las expectativas y mostraron una mayor abundancia de agua en los discos pequeños en comparación con los discos grandes. A medida que los guijarros se desplazan, cada vez que encuentran un golpe de presión (aumento de presión), se acumularán allí. Estas trampas de presión no necesariamente previenen la deriva de los guijarros, pero sí la dificultan. Esto parece ser lo que sucede en los discos grandes con anillos y espacios.

La investigación actual propone que los planetas grandes pueden crear anillos de mayor presión donde tienden a acumularse rocas. También podría ser el papel de Júpiter en nuestro sistema solar: inhibir el transporte de guijarros de hielo y agua a nuestro pequeño planeta rocoso interior y relativamente privado de agua.

Cuando llegaron los datos por primera vez, el equipo estaba confundido por los resultados. "Durante dos meses estuvimos estancados en estos resultados preliminares, que nos decían que el agua en el disco compacto estaba más fría y el agua en el disco grande estaba generalmente más caliente", recordó Banzati. "Eso no tenía sentido porque la muestra de estrellas que seleccionamos tenía temperaturas muy cercanas".

Sólo cuando Benzati superpuso los datos del disco compacto con los datos del disco grande surgió claramente la respuesta: hay más agua fría dentro de la línea de nieve del disco compacto, aproximadamente 10 veces más cerca que la órbita de Neptuno. Dijo: "Ahora finalmente podemos ver claramente que hay demasiada agua fría. ¡Esto no tiene precedentes y se debe enteramente al mayor poder de resolución de Webb!"

Los hallazgos del equipo de investigación fueron publicados en la edición del 8 de noviembre de The Astrophysical Journal Letters.