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El telescopio Webb confirma un proceso que implica la deriva de sólidos cubiertos de hielo desde las regiones exteriores de un disco de formación planetaria hacia la zona rocosa de los planetas.
Desde hace mucho tiempo se ha propuesto que los guijarros helados que se forman en las frías regiones exteriores de los discos protoplanetarios (la misma zona donde se originan los cometas en nuestro sistema solar) deberían ser las semillas fundamentales de la formación de planetas. El principal requisito de estas teorías es que los guijarros deberían desplazarse hacia el interior de la estrella debido a la fricción en el disco gaseoso, entregando sólidos y agua a los planetas.
Una predicción fundamental de esta teoría es que a medida que los guijarros helados ingresan a la región más cálida dentro de la “línea de nieve”, donde el hielo se convierte en vapor, deberían liberar grandes cantidades de vapor de agua fría. Esto es exactamente lo que observó Webb.
“Webb finalmente reveló la conexión entre el vapor de agua en el disco interior y la deriva de guijarros helados desde el disco exterior”, dijo en un comunicado la investigadora principal Andrea Banzatti de la Universidad Estatal de Texas, San Marcos, Texas. “¡Este hallazgo abre perspectivas interesantes para estudiar la formación de planetas rocosos con Webb!”
“En el pasado, teníamos esta imagen muy estática de la formación de planetas, casi como si existieran zonas aisladas a partir de las cuales se formaban los planetas”, explicó Colette Salyk, miembro del equipo del Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York. “Ahora tenemos evidencia de que estas zonas pueden interactuar entre sí. También es algo que se propone que haya sucedido en nuestro sistema solar”.
Los investigadores utilizaron el MIRI (el instrumento de infrarrojo medio) de Webb para estudiar cuatro discos, dos compactos y dos extendidos, alrededor de estrellas similares al Sol. Se estima que estas cuatro estrellas tienen entre 2 y 3 millones de años, apenas recién nacidas en el tiempo cósmico.
Se espera que los dos discos compactos experimenten una eficiente deriva de los guijarros, transportándolos a una distancia equivalente a la órbita de Neptuno. Por el contrario, se espera que los discos extendidos tengan sus guijarros retenidos en múltiples anillos hasta seis veces la órbita de Neptuno.
Las observaciones de Webb fueron diseñadas para determinar si los discos compactos tienen una mayor abundancia de agua en la región rocosa del planeta interior, como se esperaba si la deriva de los guijarros es más eficiente y está entregando mucha masa sólida y agua a los planetas interiores. El equipo optó por utilizar el MRS (espectrómetro de resolución media) de MIRI porque es sensible al vapor de agua en los discos.
Los resultados confirmaron las expectativas al revelar un exceso de agua fría en los discos compactos, en comparación con los discos grandes.
A medida que los guijarros se desplazan, cada vez que encuentran un aumento de presión (un aumento de presión) tienden a acumularse allí. Estas trampas de presión no necesariamente impiden la deriva de guijarros, pero sí la impiden. Esto es lo que parece estar sucediendo en los grandes discos con anillos y espacios.
Las investigaciones actuales proponen que los planetas grandes pueden causar anillos de mayor presión, donde tienden a acumularse los guijarros. Esto también podría haber sido un papel de Júpiter en nuestro sistema solar: inhibir el suministro de guijarros y agua a nuestros planetas rocosos pequeños, interiores y relativamente pobres en agua.
Cuando llegaron los datos por primera vez, los resultados desconcertaron al equipo de investigación. “Durante dos meses, estuvimos estancados en estos resultados preliminares que nos decían que los discos compactos tenían agua más fría y los discos grandes tenían agua más caliente en general”, recordó Banzatti. “Esto no tenía sentido, porque habíamos seleccionado una muestra de estrellas con temperaturas muy similares”.
Sólo cuando Banzatti superpuso los datos de los discos compactos a los datos de los discos grandes surgió claramente la respuesta: los discos compactos tienen agua extra fría justo dentro de la línea de nieve, aproximadamente diez veces más cerca que la órbita de Neptuno.
“Ahora por fin vemos claramente que es el agua más fría la que tiene un exceso”, afirmó Banzatti. “¡Esto no tiene precedentes y se debe enteramente al mayor poder de resolución de Webb!”
Los resultados del equipo aparecen en la edición del 8 de noviembre de Astrophysical Journal Letters.
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