El exoplaneta PDS 70b está tragando gas y polvo mientras continúa acumulando masa.

¿Ha hecho un desastre completo en su cocina mientras horneaba? A veces, puede parecer que la harina está flotando en el aire, pero después de agregar suficiente agua y formar la masa, el pan parece más una bola. Un proceso similar está funcionando en un extenso sistema solar conocido como PDS 70, excepto que la harina y el agua se intercambian por gas y polvo. En el caso del planeta PDS 70b, el gas y el polvo se están atrayendo lentamente a medida que este mundo distante acumula masa durante millones de años.

Los investigadores que utilizaron Hubble midieron directamente la tasa de crecimiento masivo del PDS 70b por primera vez, utilizando las sensibilidades ultravioleta únicas del observatorio para capturar la radiación de un gas extremadamente caliente que cae sobre el planeta. El macizo, Júpiterorbitas del mundo de tamaño aproximado a la misma distancia que Urano proviene del Sol, aunque entra en un lío de gas y polvo a medida que se mueve a través del sistema solar. El planeta, que comenzó a formarse hace unos 5 millones de años, puede estar al final de su proceso de formación. Los hallazgos de los investigadores abren una nueva forma de estudiar los planetas en formación que puede ayudar a otros astrónomos a aprender más sobre cómo crecen los planetas gigantes en sistemas solares remotos.

El Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral capturó la primera imagen nítida de un planeta en formación, PDS 70b, alrededor de una estrella enana en 2018. El planeta se destaca como un punto brillante a la derecha del centro de la imagen, oscurecido por la Máscara coronógrafa utilizada para bloquear la luz de la estrella central. Crédito: ESO, VLT, André B. Müller (ESO)

NASAen Telescopio espacial Hubble está dando a los astrónomos una vista poco común de un planeta del tamaño de Júpiter, aún en formación, que se alimenta de material alrededor de una estrella joven.

«No sabemos mucho sobre cómo crecen los planetas gigantes», dijo Brendan Bowler, de la Universidad de Texas en Austin. “Este sistema planetario nos brinda la primera oportunidad de presenciar la caída de material en un planeta. Nuestros resultados abren una nueva área para esta investigación. «

Aunque hasta ahora se han catalogado más de 4.000 exoplanetas, solo unos 15 han sido fotografiados directamente con telescopios. Y los planetas son tan distantes y pequeños que son simplemente puntos en las mejores imágenes. La nueva técnica del equipo para usar Hubble para tomar imágenes directas de este planeta abre una nueva ruta para más exoplaneta investigación, especialmente durante los años de formación de un planeta.

Este enorme exoplaneta, llamado PDS 70b, orbita la estrella enana naranja PDS 70, de la que ya se sabe que tiene dos planetas en formación activa dentro de un enorme disco de polvo y gas que rodea a la estrella. El sistema se encuentra a 370 años luz de la Tierra, en la constelación de Centauro.

«Este sistema es tan emocionante porque podemos presenciar la formación de un planeta», dijo Yifan Zhou, también de la Universidad de Texas en Austin. «Este es el planeta genuino más joven que el Hubble haya fotografiado directamente». Con una juventud de 5 millones de años, el planeta todavía está recolectando material y acumulando masa.

La sensibilidad del Hubble a la luz ultravioleta (UV) ofrece una vista única de la radiación de gas extremadamente caliente que cae sobre el planeta. «Las observaciones de Hubble nos han permitido estimar la rapidez con la que el planeta está ganando masa», agregó Zhou.

Las observaciones de Hubble ubican el planeta PDS 70b. Una hubografía en la cámara del Hubble bloquea el brillo de la estrella central para que el planeta se pueda observar directamente. Aunque hasta ahora se han catalogado más de 4.000 exoplanetas, solo unos 15 han sido fotografiados directamente con telescopios. La nueva técnica del equipo para utilizar el Hubble para obtener imágenes directas de este planeta abre una nueva ruta para futuras investigaciones sobre exoplanetas, especialmente durante los años de formación de un planeta. Crédito: Joseph DePasquale (STScI)

Las observaciones UV, que aumentan el volumen de investigación en este planeta, permitieron al equipo medir directamente la tasa de crecimiento masivo del planeta por primera vez. El mundo remoto ya ha alcanzado hasta cinco veces la masa de Júpiter en un período de aproximadamente 5 millones de años. La tasa de acreción medida actual ha disminuido hasta el punto en que, si la tasa se mantiene estable durante otro millón de años, el planeta solo aumentaría alrededor de 1/100 de la masa de Júpiter.

Zhou y Bowler enfatizan que estas observaciones son una sola instantánea en el tiempo: se necesitan más datos para determinar si la tasa a la que el planeta agrega masa está aumentando o disminuyendo. «Nuestras mediciones sugieren que el planeta está al final de su proceso de formación».

El joven sistema PDS 70 está lleno de un disco primordial de gas y polvo que proporciona combustible para impulsar el crecimiento de planetas en todo el sistema. El planeta PDS 70b está rodeado por su propio disco de polvo y gas que extrae material del disco circunestelar mucho más grande. Los investigadores plantean la hipótesis de que las líneas del campo magnético se extienden desde su disco circunferencial hasta la atmósfera del exoplaneta y están canalizando material hacia la superficie del planeta.

«Si este material sigue columnas desde el disco hasta el planeta, causaría puntos calientes locales», explicó Zhou. «Estos puntos calientes pueden ser al menos 10 veces más cálidos que la temperatura del planeta». Se ha descubierto que estos puntos calientes brillan intensamente con luz ultravioleta.

Imagen de brújula PDS 70. Crédito: Joseph DePasquale (STScI)

Estas observaciones ofrecen información sobre cómo se formaron los planetas gigantes gaseosos alrededor de nuestro Sol hace 4.600 millones de años. Júpiter puede haberse acumulado en un disco circundante de material que cae. Sus lunas principales también se habrían formado a partir de los restos de ese disco.

Un desafío para el equipo fue superar el brillo de la estrella madre. PDS 70b orbita aproximadamente a la misma distancia que Urano del Sol, pero su estrella es más de 3.000 veces más brillante que el planeta en longitudes de onda ultravioleta. Mientras Zhou procesaba las imágenes, eliminó con cuidado el brillo de la estrella para dejar atrás solo la luz emitida por el planeta. Al hacerlo, mejoró el límite de cuán cerca puede estar un planeta de su estrella en las observaciones del Hubble por un factor de cinco.

«Treinta y un años después del lanzamiento, todavía estamos encontrando nuevas formas de usar Hubble», agregó Bowler. “La estrategia de observación y la técnica de posprocesamiento de Yifan abrirán nuevas ventanas para estudiar sistemas similares, o incluso el mismo sistema, una y otra vez con Hubble. Con observaciones futuras, podríamos descubrir cuándo cae la mayor parte del gas y el polvo en sus planetas y si ocurre a un ritmo constante. «

Los resultados de los investigadores se publicaron en abril de 2021 en El diario astronómico.

Referencia: «Mediciones de UV y Hα del telescopio espacial Hubble para la acumulación excesiva del planeta gigante joven PDS 70 b» por Yifan Zhou, Brendan P. Bowler, Kevin R. Wagner, Glenn Schneider, Dániel Apai, Adam L. Kraus, Laird M. Close, Gregory J. Herczeg y Min Fang, 29 de abril de 2021, El diario astronómico.
DOI: 10.3847 / 1538-3881 / abeb7a

El telescopio espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore, Maryland, lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación Astronómica en Washington, DC