El origen de sistemas planetarios

domingo, 15 de abril de 2018 · 00:00

Por Jesús Hernández*

Las evidencias observacionales y teóricas muestran que sistemas planetarios se forman a partir de una nube principalmente compuesta de gas, con apenas uno por ciento de polvo.

Los granos de polvo son 100 veces menores al diámetro de un cabello humano. A pesar de su tamaño y contenido inicial, el polvo juega un papel fundamental en la formación y evolución de un sistema planetario.

Como producto natural del proceso de formación estelar y conservación del momento angular, al contraerse la nube, se forma un disco protoplanetario primigenio que alimenta a la estrella a través de procesos de acreción en los cuales el material choca a velocidades de caída libre en la superficie estelar.

Al pasar el tiempo el material se va concentrando más y más en el plano del disco, donde el crecimiento de grumos da lugar a semillas de planeta.

Mientras el material primordial remanente se disipa, los efectos gravitacionales originan colisiones entre planetésimos que producen polvo de segunda generación, para llegar así a la fase de discos de escombros compuestos principalmente por polvo con una cantidad ínfima de gas. Eventualmente el disco de escombro evolucionará a un sistema planetario nuevo, como el nuestro.

Movimiento de discos

Observaciones de telescopios como Spitzer o Herschel evidencian la diversidad de discos protoplanetarios en nuestra galaxia, que representan fases intermedias entre un disco protoplanetario primigenio y uno de escombros. Los denominados discos transicionales o pre-transicionales representan una de las etapas de la evolución del disco primigenio y se caracterizan por un déficit de radiación en el infrarrojo cercano en comparación a discos primigenios.

Los discos pretransicionales se modelan con la presencia de brechas en el componente de polvo del disco, mientras que los discos transicionales poseen una gran cavidad cerca de la estrella. La explicación más aceptada implica la presencia de planetas gigantescos en el disco, que limpian el material en su trayectoria con lo que generan la brecha en el disco pre-transicional. Posteriormente debido a procesos de foto-evaporación, acreción o crecimiento de grumos, se crea la cavidad observada en el disco transicional. Los discos denominados evolucionados representan un camino evolutivo alterno a la fase transicional y son caracterizados por un déficit de radiación en todas las longitudes infrarrojas en comparación al disco primordial.

Se esquematiza este tipo de objeto con un disco más homogéneamente asentado a su plano medio y sin discontinuidades apreciables en el componente de polvo del disco.

Los niveles de aceleración se estiman a partir de la energía ultravioleta o emisiones de líneas espectrales generadas en la región donde el gas impacta con la estrella. Se han medido diferentes niveles de acreción en los discos de transición, pre-transición y evolucionados, en algunos de ellos los niveles son tan bajos que no permiten su detección.  Esto evidencia que el componente gaseoso del disco se encuentra en un estado pasivo.

En un estudio con espectros obtenidos en diferentes observatorios, como el de San Pedro Mártir, encontramos objetos denominados acretores lentos. A pesar de que estos objetos muestran emisiones infrarrojas de polvo similares a un disco primigenio, los niveles de acreción indican un estado relativamente pasivo en su componente gaseoso.

El último puente evolutivo hacia el disco de escombro puede representarse por los discos híbridos, que son discos de escombros con una cantidad detectable de gas. El gas detectado puede ser primordial o inclusive gas liberado en colisiones recientes entre planetésimos del tamaño del planeta Marte o inclusive mayor. Este fenómeno también pudiera estar asociado al último bombardeo intenso de nuestro Sistema Solar, en donde la Tierra y otros planetas internos tuvieron impactos frecuentes y violentos por choques con asteroides grandes.

*Instituto de Astronomía- UNAM, Ensenada.

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