La teoría de cómo se forman los planetas ha sido un misterio permanente para los científicos. Mientras que los astrónomos tienen una buena comprensión de dónde provienen los sistemas planetarios, es decir, discos protoplanetarios de polvo y gas alrededor de nuevas estrellas (también conocido como "Teoría Nebular"), una comprensión completa de cómo estos discos eventualmente se convierten en objetos lo suficientemente grandes como para colapsar bajo su propio la gravedad se ha mantenido esquiva.
Pero gracias a un nuevo estudio realizado por un equipo de investigadores de Francia, Australia y el Reino Unido, parece que finalmente se pudo encontrar la pieza faltante del rompecabezas. Utilizando una serie de simulaciones, estos investigadores han demostrado cómo las "trampas de polvo", es decir, las regiones donde los fragmentos del tamaño de un guijarro podrían acumularse y pegarse, son lo suficientemente comunes como para permitir la formación de planetesimales.
Su estudio, titulado "Trampas de polvo autoinducidas: Superando las barreras de formación de planetas", apareció recientemente en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.Dirigido por el Dr. Jean-Francois González, del Centro de Investigación de Astrofísica de Lyon (CRAL) en Francia, el equipo examinó la problemática etapa intermedia de la formación planetaria que ha afectado a los científicos.
Hasta hace poco, el proceso por el cual los discos protoplanetarios de polvo y gas se agregan para formar objetos del tamaño de un peddle, y el proceso por el cual los planetesimales (objetos de cien metros o más de diámetro) forman núcleos planetarios, se han entendido bien. Pero el proceso que une a estos dos, donde las piedras se unen para formar planetesimales, sigue siendo desconocido.
Parte del problema ha sido el hecho de que el Sistema Solar, que ha sido nuestro único marco de referencia durante siglos, se formó hace miles de millones de años. Pero gracias a los descubrimientos recientes (3453 exoplanetas confirmados y contando), los astrónomos han tenido muchas oportunidades de estudiar otros sistemas que se encuentran en diversas etapas de formación. Como explicó el Dr. González en un comunicado de prensa de la Royal Astronomical Society:
"Hasta ahora hemos tenido problemas para explicar cómo las piedras se pueden unir para formar planetas, y sin embargo, ahora hemos descubierto un gran número de planetas en órbita alrededor de otras estrellas". Eso nos hizo pensar en cómo resolver este misterio ".
En el pasado, los astrónomos creían que las "trampas de polvo", que son parte integral de la formación de planetas, solo podían existir dentro de ciertos entornos. En estas regiones de alta presión, los grandes granos de polvo se ralentizan hasta el punto en que pueden unirse. Estas regiones son extremadamente importantes ya que contrarrestan los dos obstáculos principales para la formación planetaria, que son las colisiones de arrastre y de alta velocidad.
El arrastre es causado por el efecto que tiene el gas sobre los granos de polvo, lo que hace que disminuyan su velocidad y eventualmente se dirijan hacia la estrella central (donde se consumen). En cuanto a las colisiones a alta velocidad, esto es lo que hace que los guijarros grandes se estrellen entre sí y se rompan, invirtiendo así el proceso de agregación. Por lo tanto, se necesitan trampas de polvo para garantizar que los granos de polvo se ralenticen lo suficiente como para que no se aniquilen entre sí cuando chocan.
Para ver cuán comunes eran estas trampas de polvo, el Dr. González y sus colegas realizaron una serie de simulaciones por computadora que tuvieron en cuenta cómo el polvo en un disco protoplanetario podría ejercer resistencia sobre el componente de gas, un proceso conocido como "reacción de resistencia aerodinámica de arrastre". ". Mientras que el gas generalmente tiene una influencia deslumbrante sobre las partículas de polvo, en anillos particularmente polvorientos, lo contrario puede ser cierto.
Este efecto ha sido ignorado en gran medida por los astrónomos hasta hace poco, ya que generalmente es bastante insignificante. Pero como señaló el equipo, es un factor importante en los discos protoplanetarios, que son conocidos por ser entornos increíblemente polvorientos. En este escenario, el efecto de la reacción inversa es ralentizar los granos de polvo que se mueven hacia adentro y empujar el gas hacia afuera donde forma regiones de alta presión, es decir, `` trampas de polvo ''.
Una vez que tuvieron en cuenta estos efectos, sus simulaciones mostraron cómo se forman los planetas en tres etapas básicas. En la primera etapa, los granos de polvo crecen en tamaño y se mueven hacia adentro hacia la estrella central. En el segundo, los granos más grandes, ahora del tamaño de un guijarro, se acumulan y disminuyen. En la tercera y última etapa, el gas es empujado hacia afuera por la reacción inversa, creando las regiones de trampa de polvo donde se acumula.
Estas trampas permiten que las piedras se agreguen para formar planetesimales y, finalmente, mundos del tamaño de un planeta. Con este modelo, los astrónomos ahora tienen una idea sólida de cómo la formación planetaria pasa de discos polvorientos a planetesimales que se unen. Además de resolver una pregunta clave sobre cómo surgió el Sistema Solar, este tipo de investigación podría resultar vital en el estudio de los exoplanetas.
Los observatorios terrestres y espaciales ya han notado la presencia de anillos oscuros y brillantes que se forman en discos protoplanetarios alrededor de estrellas distantes, que se cree que son trampas de polvo. Estos sistemas podrían brindar a los astrónomos la oportunidad de probar este nuevo modelo, ya que observan cómo los planetas se unen lentamente. González indicó:
“Nos emocionó descubrir que, con los ingredientes correctos en su lugar, se pueden formar trampas de polvo espontáneamente, en una amplia gama de entornos. Esta es una solución simple y robusta para un problema de larga data en la formación de planetas ".
