Al buscar planetas extrasolares, los astrónomos a menudo confían en una serie de técnicas indirectas. De estos, el Método de tránsito (también conocido como Photometry de tránsito) y el Método de velocidad radial (también conocido como Espectroscopía Doppler) son los dos más efectivos y confiables (especialmente cuando se usan en combinación). Desafortunadamente, la imagen directa es rara ya que es muy difícil detectar un exoplaneta débil en medio del resplandor de su estrella anfitriona.
Sin embargo, las mejoras en los interferómetros de radio y las imágenes de infrarrojo cercano han permitido a los astrónomos obtener imágenes de discos protoplanetarios e inferir las órbitas de los exoplanetas. Usando este método, un equipo internacional de astrónomos recientemente capturó imágenes de un sistema planetario recién formado. Al estudiar las brechas y las estructuras en forma de anillo de este sistema, el equipo pudo plantear la hipótesis del posible tamaño de un exoplaneta.
El estudio, titulado "Anillos y lagunas en el disco alrededor de Elias 24 revelado por ALMA", apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society. El equipo fue dirigido por Giovanni Dipierro, astrofísico de la Universidad de Leicester, e incluyó miembros del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), el Observatorio Conjunto ALMA, el Observatorio Nacional de Radioastronomía, el Instituto Max-Planck de Astronomía, y múltiples universidades e institutos de investigación.
En el pasado, se han identificado anillos de polvo en muchos sistemas protoplanetarios, y sus orígenes y su relación con la formación planetaria son objeto de mucho debate. Por un lado, podrían ser el resultado de la acumulación de polvo en ciertas regiones, de inestabilidades gravitacionales, o incluso variaciones en las propiedades ópticas del polvo. Alternativamente, podrían ser el resultado de planetas que ya se han desarrollado, lo que hace que el polvo se disipe al pasar a través de él.
Como Dipierro y sus colegas explicaron en su estudio:
“El escenario alternativo invoca discos que están dinámicamente activos, en los que los planetas ya se han formado o están en proceso de formación. Un planeta incrustado excitará ondas de densidad en el disco circundante, que luego depositará su momento angular a medida que se disipan. Si el planeta es lo suficientemente masivo, el intercambio de momento angular entre las ondas creadas por el planeta y el disco da como resultado la formación de una o varias brechas, cuyas características morfológicas están estrechamente relacionadas con las condiciones locales del disco y las propiedades del planeta ".
En aras de su estudio, el equipo utilizó datos de las observaciones del ciclo 2 de la matriz de gran milímetro / submilímetro de Atacama (ALMA), que comenzaron en junio de 2014. Al hacerlo, pudieron obtener imágenes del polvo alrededor de Elias 24 con una resolución de aproximadamente 28 UA (es decir, 28 veces la distancia entre la Tierra y el Sol). Lo que encontraron fue evidencia de lagunas y anillos que podrían ser una indicación de un planeta en órbita.
A partir de esto, construyeron un modelo del sistema que tuvo en cuenta la masa y la ubicación de este planeta potencial y cómo la distribución y la densidad del polvo lo harían evolucionar. Como indican en su estudio, su modelo reproduce bastante bien las observaciones del anillo de polvo y predijo la presencia de un gigante gaseoso similar a Júpiter dentro de cuarenta y cuatro mil años:
"Encontramos que la emisión de polvo a través del disco es consistente con la presencia de un planeta incrustado con una masa de? 0.7? MJ en un radio orbital de? 60? Au ... El mapa de brillo de la superficie de nuestro modelo de disco proporciona una coincidencia razonable con las estructuras en forma de anillo y hueco observadas en Elias 24, con una discrepancia promedio de 5% por ciento de los flujos observados alrededor de la región de hueco. "
Estos resultados refuerzan la conclusión de que los huecos y anillos que se han observado en una amplia variedad de discos circunestelares jóvenes indican la presencia de planetas en órbita. Como indicó el equipo, esto es consistente con otras observaciones de discos protoplanetarios, y podría ayudar a arrojar luz sobre el proceso de formación planetaria.
"La imagen que está surgiendo de las recientes observaciones de alta resolución y alta sensibilidad de los discos protoplanetarios es que las características de espacio y anillo son frecuentes en una amplia gama de discos con diferentes masas y edades", concluyen. "Las nuevas imágenes ALMA de alta resolución y alta fidelidad de polvo térmico y emisión de línea de CO y datos de dispersión de alta calidad serán útiles para encontrar más evidencias de los mecanismos detrás de su formación".
Uno de los desafíos más difíciles cuando se trata de estudiar la formación y evolución de los planetas es el hecho de que los astrónomos han sido tradicionalmente incapaces de ver los procesos en acción. Pero gracias a las mejoras en los instrumentos y la capacidad de estudiar los sistemas estelares extrasolares, los astrónomos han podido ver los sistemas en diferentes puntos del proceso de formación.
Esto, a su vez, nos está ayudando a refinar nuestras teorías sobre cómo surgió el Sistema Solar, y puede que algún día nos permita predecir exactamente qué tipo de sistemas pueden formarse en los sistemas estelares jóvenes.
