El lugar donde nacen los planetas

Abaurigae_hst_bigSe detecta monóxido de azufre (SO) en un disco de transición

Las estrellas jóvenes están rodeadas de discos de gas y polvo que, con el tiempo, evolucionan hasta acabar formando sistemas planetarios. En sus inicios, estos discos protoplanetarios cuentan con una abundante cantidad de gas que irán perdiendo con el tiempo hasta que solo queden los residuos del proceso de formación estelar: granos de polvo y planetesimales (cuerpos rocosos de tamaños de unos pocos kilómetros). Puesto que el gas y el polvo que se encuentran en los discos protoplanetarios son la materia prima de la que nacen los planetas, la comprensión de su química es de vital importancia para entender el origen de la vida.

Uno de los principales objetivos en la astrofísica actual es comprender cómo se formaron la Tierra y los planetas hace millones de años. El estudio de estrellas similares al Sol, pero más jóvenes, nos permite profundizar en el conocimiento de la formación e infancia de nuestro  Sistema Solar.

La estrella AB Aurigae, una estrella de tipo Herbig Ae, alberga un conocido disco protoplanetario que parece estar iniciando la fase de formación de planetas. Los discos que se encuentran en esta etapa se conocen como “discos de transición”. Esta estrella fue observada con la técnica de la interferometría, y en estos datos se vio que el disco polvoriento era muy asimétrico y que tenía forma de herradura [1]. Hasta el momento, esta morfología se ha observado en algunos discos de transición y se ha interpretado como un indicio de que la formación de planetas ha comenzado.

Una de las posibles características que revelan que puede estar formándose un planeta es la “trampa de polvo”, el lugar en el que los datos indican que hay mayor acumulación de polvo. Este quedaría atrapado durante mucho tiempo, lo cual facilitaría la formación de las semillas de los planetas. [2]

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Tras llevar a cabo un estudio espectral completo para determinar la composición química del gas en este interesante disco, se han detectado varias moléculas orgánicas simples [3] y SO (monóxido de azufre). Hasta ahora, AB Aur es el único disco protoplanetario en el que se ha observado SO, y su detección ofrece una oportunidad sin precedentes para aprender acerca de la química del azufre en estos progenitores de planetas, ya que el azufre es uno de los elementos más abundantes en el Sistema Solar, clave para entender el nacimiento de la vida.

En principio, sería de esperar (al igual que ocurre con las otras moléculas observadas) que el SO abundara en la trampa de polvo. Sin embargo su presencia no solo es menos abundante en esa posición sino que es casi uniforme a lo largo del disco. La posible explicación sería la rápida congelación de las moléculas de SO y SO2 sobre las superficies de los granos de polvo en las condiciones de alta densidad características de la trampa de polvo.

El equipo ha llegado a esta conclusión tras realizar cálculos detallados sobre la química, la excitación y la transferencia radiativa que simulan las condiciones físicas en el disco protoplanetario y estudian la química del azufre dentro de la trampa de polvo.

Esto significa que la presencia o ausencia de algunas moléculas volátiles como SO podría utilizarse para saber si el disco que estamos estudiando está acercándose a la fase en la que empieza a crear planetas.

Notas

[1] El disco de transición es altamente asimétrico en azimut, presentando una morfología desproporcionada con el máximo hacia el sudoeste.

[2] El máximo de la emisión de polvo corresponde a un máximo de presión de gas en el que las partículas de polvo estarían atrapadas durante mucho tiempo, unos 0,1 Myr (millones de años).

[3] Los compuestos detectados son HCO+, H2CO, HCN, CN, CS y SO.

Más información:

Este trabajo se ha publicado en el artículo científico “High spatial resolution imaging of SO and H2CO in AB Auriga: the first SO image in a transitional disk”, publicado en la revista “Astronomy and Astrophysics”, y sus autores son Susana Pacheco-Vázquez (OAN), Asunción Fuente (OAN), Clément Baruteau (CNRS, IRAP), Olivier Berné (CNRS, IRAP),  Marcelino Agúndez (ICMM), Roberto Neri (IRAM), Javier R. Goicoechea (ICMM),  José Cernicharo (ICMM) y Rafael Bachiller (OAN).

Este trabajo se ha llevado a cabo con observaciones del interferómetro NOEMA y el radiotelescopio IRAM 30m. Las observaciones con el radiotelescopio IRAM 30m se realizaron dentro del gran programa “IRAM chemical survey of sun-like star-forming regions” (Sondeo químico de IRAM de regiones de formación de estrellas de tipo solar) de ASAI, cuyos investigadores principales son R. Bachiller y B. LeFloch. Las observaciones de seguimiento de NOEMA se llevaron a cabo por un equipo internacional liderado por el Observatorio Astronómico Nacional.

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Pies de imagen:

Imagen 1: Imagen del Telescopio Espacial Hubble del disco protoplanetario que rodea a la estrella AB Aurigae. Crédito: C.A. Grady (NOAO, NASA/GSFC), et al., NASA

Imagen 2: Imágenes de NOEMA del disco de transición  AB Aur.

Imágenes con alta resolución espacial (~1.6”= 231 AU) de las líneas de C18O 2->1, H2CO 30,3->20,2 y  SO 56 -> 45 obtenidas con NOEMA. La emisión de las líneas moleculares sigue al anillo detectado en la emisión continua de polvo. La trampa de polvo se detecta claramente en el continuo de 1mm y en las imágenes de C18O. Sin embargo, la línea SO presenta una emisión casi uniforme a lo largo del anillo sin realce significativo.

Se han realizado cálculos de transferencia radiativa, químicos y de excitación, simulando las condiciones físicas de un disco protoplanetario, con el fin de investigar la química de azufre en la región de formación de planetas. El modelo muestra que las condiciones de alta densidad características de la trampa de polvo conducirían a una rápida congelación de las moléculas de SO y de SO2 en las superficies del grano. La ausencia de algunas moléculas volátiles como SO puede utilizarse, por tanto, como un diagnóstico químico para detectar la existencia de un entorno en el que están naciendo planetas.

Imagen 3: Comparación entre los espectros modelados y los detectados por el telescopio de 30 metros hacia el disco de AB Aur. Las líneas azul y magenta corresponden al mismo modelo con ángulos de inclinación del disco de 27◦ y 40◦ respectivamente.

Contacto:

OAN: A. Fuente (a.fuente@oan.es)
IRAM: R. Neri (neri@iram.fr)

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