Simulaciones avalan una rápida formación de gigantes de gas

Las perturbaciones en forma de anillo en los discos de gas y polvo que orbitan alrededor de estrellas jóvenes pueden desencadenar la formación de varios gigantes gaseosos. Investigadores del grupo de excelencia ORIGINS, de la Ludwig-Maximilians-Universität de Múnich (LMU) y del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar (MPS) de Gotinga han desarrollado un modelo que, por primera vez, combina todos los procesos físicos necesarios para la formación de planetas. Según este modelo, basado en simulaciones por ordenador y descrito en la revista Astronomy and Astrophysics, los planetas gigantes pueden formarse de forma más eficiente y rápida de lo que se suponía hasta ahora. Los resultados coinciden con las observaciones más recientes. "Es la primera vez que una simulación ha seguido el proceso por el cual el polvo fino se convierte en planetas gigantes", observa en un comunicado Tommy Chi Ho Lau, autor principal del estudio y doctorando en LMU. Nuestro sistema solar es nuestro vecindario cósmico más inmediato. Lo conocemos bien: el Sol en el centro; los planetas rocosos Mercurio, Venus, la Tierra y Marte; y luego el cinturón de asteroides seguido por los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno; luego los gigantes de hielo Urano y Neptuno; y finalmente el cinturón de Kuiper con sus cometas. Pero ¿hasta qué punto conocemos realmente nuestro hogar? Las teorías anteriores han asumido que los planetas gigantes se forman por colisiones y acumulaciones de cuerpos similares a asteroides, los llamados planetesimales, y la posterior acreción de gas a lo largo de millones de años. Sin embargo, estos modelos no explican ni la existencia de gigantes gaseosos ubicados lejos de sus estrellas ni la formación de Urano y Neptuno. Con el nuevo modelo, los investigadores demuestran cómo las partículas de polvo de tamaño milimétrico se acumulan aerodinámicamente en el disco de gas turbulento y cómo esta perturbación inicial en el disco atrapa el polvo y evita que desaparezca en dirección a la estrella. Esta acumulación hace que el crecimiento de los planetas sea muy eficiente, ya que de repente hay mucho "material de construcción" disponible en un área compacta y se dan las condiciones adecuadas para la formación de planetas. "Cuando un planeta se vuelve lo suficientemente grande como para influir en el disco de gas, esto conduce a un renovado enriquecimiento de polvo más allá del disco", explica Til Birnstiel, profesor de Astrofísica Teórica en LMU y miembro del Clúster de Excelencia ORIGINS. "En el proceso, el planeta empuja el polvo, como un perro pastor que persigue a su rebaño, hacia el área fuera de su propia órbita". El proceso comienza de nuevo, de adentro hacia afuera, y puede formarse otro planeta gigante. En nuestro sistema solar, los gigantes gaseosos se encuentran a una distancia de entre 5 unidades astronómicas (UA) (en el caso de Júpiter) y 30 UA (en el caso de Neptuno) del Sol. A modo de comparación, la Tierra se encuentra a unos 150 millones de kilómetros del Sol, lo que equivale a 1 UA. "En otros sistemas planetarios, una perturbación en el disco protoplanetario podría desencadenar el proceso de formación de planetas a distancias mucho mayores", afirma la Dra. Joanna Drazkowska del MPS. En los últimos años, el radioobservatorio ALMA ha observado con frecuencia sistemas de este tipo, que han encontrado gigantes gaseosos en discos jóvenes a una distancia superior a las 200 UA. Sin embargo, el modelo también explica por qué nuestro sistema solar aparentemente dejó de formar más planetas después de Neptuno: el material de construcción simplemente se agotó. Los resultados del estudio coinciden con las observaciones actuales de sistemas planetarios jóvenes que presentan subestructuras pronunciadas en sus discos. Estas subestructuras desempeñan un papel decisivo en la formación de planetas. El estudio indica que la formación de planetas gigantes y gigantes gaseosos se produce con mayor eficiencia y velocidad de lo que se creía anteriormente. Estos nuevos conocimientos podrían mejorar nuestra comprensión del origen y desarrollo de los planetas gigantes de nuestro sistema solar y explicar la diversidad de sistemas planetarios observados.