Formación Planetaria

Laura Pérez, doctora en Astrofísica

“Lo que hace especial a nuestro sistema solar,  hasta ahora, es que no somos lo más común”

Laura Pérez es doctora en Astrofísica del Instituto Tecnológico de California (Caltech) y académica del Departamento de Astronomía de la Universidad de Chile. Su línea de investigación es la formación planetaria, los discos protoplanetarios, los planetas jóvenes y las técnicas de interferometría en radio. Fue parte del equipo de ALMA Long Baseline Campaign que probó las capacidades de máxima resolución del radiotelescopio con el que detectaron HL Tau, una estrella muy joven, que se convirtió en la primera imagen de un sistema planetario en formación.

1. ¿Cuál es la importancia del descubrimiento en HL Tau ?

-Fue el primer disco protoplanetario, es decir, un sistema planetario en formación, observado con alta resolución. Fue la primera vez que pudimos ver realmente cómo se estructuraba uno de estos discos, donde creemos que ocurre la formación planetaria, alrededor de una estrella. Antes de estas observaciones no teníamos idea, no habíamos visto un objeto así con tanto detalle. La primera vez que lo vimos nos dimos cuenta de que había anillos concéntricos. Muchas de las teorías hablaban sobre cómo debería ser la interacción entre planetas formados dentro de este disco. Y el material estaba ahí. Fue realmente una sorpresa verlo tan patente.

Actualmente hemos hecho grandes observaciones de muchas de estas estrellas en formación y capturamos cómo es la estructura del material que va a formar estas estrellas y hay muchas que son muy parecidas a HL Tau.

HL Tau fue la primera. Al observar muchos más de estos sistemas podemos entender cuán distinta es la formación planetaria, dónde se está formando la estrella o la edad de la estrella, etc.

2. ¿Esto era exactamente lo que la teoría decía que se vería?

-Se parece mucho a lo que la teoría dice, pero, por otro lado, todavía hay gente que trata de explicar las estructuras que vimos -y está bien, porque así funciona la ciencia- a partir de otras cosas: que quizás no haya un objeto como un planeta haciendo un surco al orbitar alrededor del disco, sino que el mismo disco, por sus propiedades específicas, puede generar inestabilidades que generan estas estructuras.

Una de las formas de resolverlo sería encontrar la asociación del planeta directamente observado en los surcos de formación planetaria, porque lo que observa ALMA no es el planeta, que es prácticamente invisible para ALMA, lo que observa es lo que el planeta le hace al disco.

Si pudiéramos observar el efecto gravitacional del planeta, que ALMA puede hacerlo, o el efecto de la luz propia que emite el planeta o capturar la emisión del material alrededor del planeta en un disco (el que va a formar las lunas alrededor del planeta), si encontráramos algo de eso y lo pudiéramos asociar con los surcos, podríamos afiatar esa idea. El problema es que todas esas rutas son difíciles. Lo que se debe, un poco, a lo débiles que van a ser estos objetos y lo llenos de polvo que están estos discos, que no permiten la observación directamente.

3. ¿En otros discos encontrados también hay estrellas jóvenes?

-HL Tau fue especial, porque era más joven que el promedio de las estrellas jóvenes que estudiamos. Es sorprendente encontrar estos tipos de signos de formación planetaria a edad tan temprana, pero hemos observado estrellas tan o más jóvenes y también vemos estas estructuras, lo cual se presta para darle problemas a la teoría de formación planetaria, que dice que eso requiere tiempo. No es llegar y hacer un planeta. Quizás HL Tau está en el borde, pero en los objetos más jóvenes en que se han encontrado estas estructuras ha sido un poco más difícil de explicar lo que está pasando.

4. ¿Cuáles son los tiempos en la teoría de formación planetaria?

-Depende de la teoría, en general, la teoría estándar de formación planetaria parte del crecimiento de los granos de polvo que están dispersos en la Vía Láctea. Ese polvo microscópico se acopla con el material que cae sobre el disco y la estrella en formación, y debido a choques entre sí, estos granos empiezan a crecer y ese proceso eventualmente lleva a formar objetos cada vez más grandes. No es el mismo proceso físico, pero va creciendo de a poco hasta eventualmente formar un objeto planetesimal que tiene suficiente masa y puede atraer gravitacionalmente material alrededor suyo o puede crecer por acreción de objetos o piedras más chicas y, eventualmente, convertirse en núcleo de un planeta gigante del tamaño de la Tierra, por ejemplo. Si este núcleo está embebido en el disco gaseoso en su momento va a empezar a adquirir el material del disco gaseoso y crecer hasta ser un gigante gaseoso, y todo ese proceso dura millones de años. Es sorprendente encontrar estos anillos en objetos que son muchos más tempranos que 1 millón de años.

5. ¿Por qué se produce la distribución de los planetas rocosos más cerca de la estrella y los gaseosos hacia el exterior?

-En general, en discos protoplanetarios hay una gran influencia de dónde está el material del disco. El que está más cerca de la estrella se evapora y solo permite que el material rocoso quede y el que está más lejos de la estrella está mucho más frío y ese material puede vivir ahí. Entonces la ubicación de estas distintas zonas, para distintos materiales puede tener un impacto en la formación de las regiones donde están los planetas rocosos y gaseosos. De todas maneras, hay más explicaciones, como la evolución dinámica, que viene después de la formación de planetas, donde estos migran y cambian su ubicación en el disco.

6. ¿En este proceso se van formando de a poco los planetas o surgen al mismo tiempo?

-No lo sabemos. Imaginamos que en algunos discos se formó el planeta y ese planeta creó el surco y ahora vemos anillos. En algunos anillos hay mucho material y ese material podría colapsar y ser una segunda generación de planetas. No todos, pero en algunos uno podría pensar que están las condiciones para que esto ocurra.

7. ¿Qué hace a nuestro sistema solar tan especial?

-Hemos encontrado muchos sistemas que son muy distintos a nuestro sistema solar. Hasta ahora lo que nos hace especial es que no somos lo más común. Ahora, también pasa que no hemos explorado completamente la región, donde puede haber planetas como los del Sistema Solar en ubicaciones donde están en el Sistema Solar. Nos falta todavía explorar sistemas con estas características y es porque es difícil. Si nosotros fuéramos extraterrestres y estuviéramos tratando de encontrarnos, les costaría, por la configuración que tiene nuestro sistema solar. La gente que estudia planetas sabe que al parecer los planetas más comunes que hemos encontrado no se parecen a nuestro sistema solar, que son -por ejemplo- supertierras o mini neptunos, que son más grandes que la Tierra, pero todavía no alcanzan a ser un gran planeta gaseoso, y de esos no hay en nuestro sistema.

Por otro lado, si te imaginas cómo sería el disco protoplanetario de nuestro sistema solar, hay distintas formas de hacerlo: una sería tomando los planetas y desparramando su masa en distintas regiones del sistema solar, cosa de que crearan un disco, y si uno hiciera eso resulta que nuestro sistema solar hubiera tenido un disco bastante masivo comparado con las otras regiones donde se forman planetas, y eso también es interesante. Tampoco somos promedio. Pero está bien, el Sol tampoco es la estrella más abundante en la galaxia, las más abundantes son las enanas. Nuestro sistema solar tiene 4.500 millones de años y HL Tau es una guagüita recién nacida.