Los guijarros a la deriva llevan agua al interior de los discos planetarios

¿Cómo nacen los planetas? Los científicos han sugerido durante mucho tiempo que los guijarros cubiertos de hielo son las semillas de la formación planetaria. Se cree que estos sólidos helados se desplazan hacia la estrella recién nacida desde las frías regiones exteriores del disco circundante. La teoría predice que cuando estos guijarros entren en la región más cálida cerca de la estrella, liberarán grandes cantidades de vapor de agua frío, entregando agua y sólidos a los planetas emergentes.

ahora, Telescopio espacial James Webb Fue testigo de este proceso, revelando la relación entre el vapor de agua en el disco interior y la deriva de guijarros helados desde el disco exterior. Este descubrimiento abre nuevos horizontes apasionantes para el estudio de la formación de planetas rocosos.

El concepto de este artista compara dos tipos de discos típicos de formación de planetas alrededor de estrellas recién nacidas similares al Sol. A la izquierda hay un CD y a la derecha un disco ampliado con espacios. Los científicos que utilizan Webb estudiaron recientemente cuatro discos protoplanetarios, dos compactos y dos extendidos. Los investigadores diseñaron sus observaciones para probar si los discos compactos de formación de planetas contienen más agua en su interior que los discos de formación de planetas extendidos y separados. Esto sucedería si los guijarros cubiertos de hielo en los CD se desplazaran más eficientemente hacia las regiones proximales más cercanas a la estrella, suministrando grandes cantidades de sólidos y agua a los planetas rocosos interiores que recién se estaban formando.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

Los resultados del Telescopio Espacial Webb de la NASA respaldan el proceso de formación de planetas sugerido desde hace mucho tiempo

Los científicos usan NASAEl telescopio espacial James Webb ha hecho un descubrimiento sorprendente al revelar cómo se forman los planetas. Al observar el vapor de agua en los discos protoplanetarios, Webb confirmó la existencia de un proceso físico que implica la deriva de sólidos cubiertos de hielo desde las regiones exteriores del disco hacia la región planetaria rocosa.

Las teorías han sugerido durante mucho tiempo que los guijarros helados que se forman en las frías regiones exteriores de los discos protoplanetarios (la misma región donde se originan los cometas en nuestro sistema solar) deben haber sido las semillas principales de la formación planetaria. El principal requisito de estas teorías es que los guijarros sean arrastrados hacia la estrella debido a la fricción en el disco gaseoso, entregando sólidos y agua a los planetas.

Confirmar predicciones teóricas.

Una de las predicciones básicas de esta teoría es que cuando los guijarros helados entran en la zona 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 relación entre el vapor de agua en el disco interior y la deriva de guijarros helados desde el disco exterior”, dijo la investigadora principal Andrea Panzati de la Universidad Estatal de Texas en San Marcos, Texas. “¡Este descubrimiento abre perspectivas interesantes para estudiar la formación de planetas rocosos utilizando WEB!”

Este gráfico compara datos espectroscópicos de agua fría y caliente en el disco GK Tau, que es un disco compacto sin anillos, y el disco CI Tau extendido, que tiene al menos tres anillos en diferentes órbitas. El equipo científico utilizó el poder de resolución sin precedentes del MRS (espectrómetro de resolución media) de MIRI para separar los espectros en líneas individuales que detectan agua a diferentes temperaturas. Estos espectros, que se muestran en el gráfico superior, revelan claramente un exceso de agua fría en el disco compacto GK Tau, en comparación con el gran disco CI Tau.
El gráfico inferior muestra los datos de exceso de agua fría en el disco compacto GK Tau menos los datos de agua fría en el disco CI Tau extendido. Los datos reales, en color violeta, se superponen en un espectro típico de agua fría. Observe lo cerca que encajan.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Leah Hostak (STScI), Andrea Panzati (Universidad Estatal de Texas)

“En el pasado, teníamos esta imagen muy estática de la formación de planetas, casi como si existieran regiones aisladas a partir de las cuales se formaban los planetas”, explicó Colette Salic, miembro del equipo del Vassar College en Poughkeepsie, Nueva York. “Ahora tenemos evidencia de que estas regiones pueden interactuar entre sí. También es algo que se ha sugerido que sucede en nuestro sistema solar.

Aprovecha el poder de la web

Los investigadores utilizaron el MIRI (Instrumento de infrarrojo medio) de Webb para estudiar cuatro discos, dos comprimidos y dos extendidos, alrededor de estrellas similares al Sol. La edad de estas cuatro estrellas se estima entre 2 y 3 millones de años, y no son más que nuevos nacimientos en el tiempo cósmico.

Se espera que los dos CD experimenten un arrastre de grava efectivo, entregando la grava a una distancia equivalente. NeptunoOrbita. Por el contrario, se espera que los guijarros del disco extendido se conserven en múltiples anillos hasta seis veces la órbita de Neptuno.

Este gráfico es una interpretación de los datos del MIRI de Webb, un instrumento de infrarrojo medio que es sensible al vapor de agua en los discos. Muestra la diferencia entre la deriva de grava y el contenido de agua en un disco compacto versus un disco expandido con anillos y espacios. En el CD de la izquierda, a medida que los guijarros cubiertos de hielo se desplazan hacia la región más cálida y cercana a la estrella, no quedan obstruidos. Cuando cruzan la línea de nieve, el hielo se convierte en vapor y proporciona una gran cantidad de agua para enriquecer los planetas interiores rocosos que se acaban de formar. A la derecha hay un disco expandido con anillos y huecos. Cuando los guijarros cubiertos de hielo comienzan su viaje hacia el interior, muchos de ellos son detenidos por los huecos y quedan atrapados en los anillos. Pueden pasar menos piedras de hielo a través de la línea de nieve para llevar agua a la región interior del disco.
Crédito de la imagen: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI)

Las observaciones de Webb fueron diseñadas para determinar si los CD tienen una mayor abundancia de agua en la región interior del planeta rocoso, como se esperaría si la deriva de grava fuera más eficiente y entregara una gran cantidad de masa sólida y agua a los planetas interiores. El equipo optó por utilizar el MRS (espectrómetro de resolución moderada) de MIRI porque es sensible al vapor de agua presente en los discos.

Los resultados confirmaron las expectativas al detectar un exceso de agua fría en los discos compactos, en comparación con los discos grandes.

Cuando la grava se desplaza, cada vez que encuentra un aumento de presión (un aumento de presión) tiende a acumularse allí. Estas trampas de presión no necesariamente detienen el arrastre de grava, pero sí lo impiden. Esto parece ser lo que sucede en los discos grandes con anillos y espacios.

Las investigaciones actuales sugieren que los planetas grandes pueden causar anillos de mayor presión, donde tienden a acumularse los guijarros. Este también puede ser un papel para Júpiter En nuestro sistema solar, evitando que la grava y el agua lleguen a nuestros planetas pequeños, rocosos, interiores y relativamente pobres en agua.

Descubra misterios utilizando datos web

Cuando llegaron los datos por primera vez, los resultados desconcertaron al equipo de investigación. “Durante dos meses, nos quedamos estancados con estos resultados preliminares que nos decían que los CD tenían agua más fría, mientras que los CD tenían agua generalmente más caliente”, recuerda Panzati. “Esto no tiene ningún sentido, porque seleccionamos una muestra de estrellas con temperaturas muy similares”.

Sólo cuando Panzati superpuso los datos de los CD a los datos de los discos más grandes, la respuesta quedó clara: los CD contienen agua fría adicional justo dentro de la línea de nieve, unas diez veces más cerca de la órbita de Neptuno.

“Ahora finalmente vemos inequívocamente que lo que sobra es el agua fría”, dijo Panzati. “¡Esto no tiene precedentes y se debe enteramente al poder analítico superior de Webb!”

Los hallazgos del equipo aparecen en la edición del 8 de noviembre de la revista. Cartas de revistas astrofísicas.

Referencia: “El telescopio espacial James Webb detecta exceso de agua fría cerca de la línea de nieve en CD, lo que coincide con la deriva de grava” por Andrea Panzati, Klaus M. Pontoppidan, John S. Carr, Evan Jellison, Ilaria Pascucci, Joan R. Nagita, Carlos E. Muñoz Romero, Karen I. Oberg, Anusha Kalyan, Paola Pinilla, Sebastian Kreijt, Feng Long, Michele Lambrechts, Giovanni Rossotti, Gregory J. Herzig, Colette Salic, Qi Zhang, Edwin A. Mayer y Simon Broder, 8 de noviembre de 2023, Cartas de revistas astrofísicas.
doi: 10.3847/2041-8213/acf5ec

El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio científico espacial más importante del mundo. Webb resuelve los misterios de nuestro sistema solar, mira más allá de los mundos distantes alrededor de otras estrellas y explora las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. WEB es un programa internacional liderado por la NASA con su socio la Agencia Espacial Europea (ESA).Agencia Espacial Europea) y la Agencia Espacial Canadiense.