Hoy se sabe que todas las estrellas tienen planetas. El primero extrasolar se descubrió hace tres décadas. Se lo llamó 51 Pegasi b y es un gigante, con aproximadamente la mitad de la masa de Júpiter y orbita su estrella cada cuatro días. Hoy ya se censaron unos 6000 y las estadísticas indican que cada estrella tiene por lo menos dos planetas, todos muy distintos entre sí. Algunos sistemas son compactos, con muchos planetas cerca de su estrella, y otros sumamente extendidos, con planetas gigantes ubicados a 10 veces la distancia que separa Júpiter del Sol.
En 2017, un equipo internacional de astrónomos dio con un sistema solar en formación, rodeado de discos de gas y polvo interestelar, de "apenas" medio millón de años, algo que refutaba las hipótesis vigentes en ese momento. Sucesivas observaciones fueron agregando ingredientes a una posible “receta” de la formación de los planetas, pero faltaba una prueba más contundente. Ahora, un trabajo firmado por científicos argentinos y chilenos, y publicado en Astrophysical Journal Letters (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adcd58), realizado utilizando datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y simulaciones avanzadas, presenta un nuevo modelo que traza las distintas etapas de la gestación planetaria y complementa de manera asombrosamente precisa los datos experimentales. Firmado por Santiago Orcajo, del Instituto de Astrofísica de La Plata (de doble dependencia, Conicet y Universidad Nacional de La Plata, Argentina), Octavio Guilera y Lucas Cieza, los resultados ofrecen nuevas pistas sobre cómo los planetas interactúan con los discos que les dan origen.
“La tarea del científico suele ser incremental –cuenta Cieza, científico argentino que trabaja en Chile, investigador principal del proyecto Odisea, miembro del Instituto de Estudios Astrofísicos y del Núcleo Milenio de Exoplanetas Jóvenes y sus Lunas–. Avanzamos dando pequeños pasos que son piezas de un gran rompecabezas. Muy de vez en cuando, logramos un avance sustancial que nos permite juntar muchas de las piezas y resolver parte importante de ese enigma. Es lo que sucedió con esta publicación, donde se logró sintetizar 10 años de trabajo observacional liderado desde Chile y 10 años de trabajo teórico liderado desde la Argentina en un solo modelo que explica la evolución de los discos de gas y polvo que dan origen a los planetas. Este tipo de avances no son de un grupo o un país, son de la humanidad en su conjunto para comprender nuestro orígenes cósmicos”.
MÁS INFO
Desde que comenzó su carrera, Cieza se dedica a estudiar precisamente los discos planetarios, cómo se forman y evolucionan, para entender cómo se desarrolló el nuestro. “Hace como 200 años, filósofos europeos plantearon que los planetas giran en un mismo plano, todos en una misma dirección y que efectivamente se formaban en una nebulosa hipotética que se denominó la ‘nebulosa solar’ –cuenta–, algo puramente teórico. Pero hace unas décadas, ocurrieron dos cosas en simultáneo. Se detectaron los primeros planetas extrasolares; es decir, los primeros mundos análogos al Sistema Solar, pero alrededor de otras estrellas. Y casi al mismo tiempo, se encontraron discos de gas y polvo análogos a la nebulosa solar que se había postulado dos siglos antes”.
Esas acumulaciones de gas y polvo que, vistas a través de poderosos telescopios, parecen los surcos de un disco de vinilo, son la “cuna” de los planetas. Durante su doctorado en Texas, Cieza y colegas hicieron los primeros censos de los discos protoplanetarios utilizando el telescopio Spitzer. Sin embargo, prácticamente carecían de información sobre su estructura. ALMA se construyó para poder identificarlos y estudiarlos en detalle en galaxias lejanas.
“Cuando estuvo listo y pudo funcionar con su máxima potencia, lo primero que hicimos fue observar un disco protoplanetario que está a unos 400 años luz, que es la distancia promedio a la que se encuentran estrellas muy jóvenes, como las que necesitamos –explica Cieza–. Una de las imágenes que obtuvimos nos produjo un shock, porque se veían estos anillos muy claros y marcados. Lo primero que dijimos fue ‘Cada surco que vemos es la órbita de un planeta’. Pero eso era impensable, porque los discos son extremadamente jóvenes y están muy lejos de la estrella. Por eso esta idea inicial fue muy debatida. Si los ponemos en la escala del Sistema Solar, estos surcos están incluso tres veces más allá de la distancia que separa a Plutón del Sol”.
En 2014, ALMA, un observatorio financiado por Estados Unidos, Europa y Japón, en el que Chile dispone del 10% del tiempo de observación, detectó por primera vez un disco planetario a alta resolución en la región de Ofiuco, una especie de laboratorio de formación planetaria porque presenta como 300 discos en todas las etapas y de todas las edades. ALMA es un radiotelescopio con 16 antenas que pueden trabajar juntas o separadas. Cuando se suman, funciona como una antena de 16 km. Esa primera imagen que tomó cuando lo estaban probando fue absolutamente revolucionaria, porque captó una estrella con «anillos» que no se sabía bien qué era.
Lo que se observó fue recibido con escepticismo por la comunidad astrofísica. “Se interpretó que en el surco estaría el planeta que se va comiendo todo el material sólido y va acumulando a los costados los anillos de polvo, que son los que brillan –detalla Octavio Guilera, investigador del Conicet en el Instituto de Astrofísica de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP)–. Los planetas se forman en la brecha. La parte brillante es el efecto que se da cuando se forma un planeta tipo Júpiter: genera una perturbación en el disco de gas, como una barrera para el decaimiento del polvo que al acumularse empieza a brillar. Lo que ocurre en particular en esa región de formación estelar joven es que tiene discos de diferentes edades que presentan diferentes morfologías. Eso dio pie a pensar que se debía a una secuencia evolutiva en la formación planetaria”.
Es decir, que había una tensión entre lo que se estaba observando y lo que explicaba la teoría. Las observaciones indicaban que hay más planetas que estrellas, que esos surcos son muy comunes y que pueden estar muy lejos su estrella, y que éstas pueden ser muy, muy jóvenes en términos astrofísicos.
En 2021, científicos del proyecto Odisea, encabezado por Cieza, propuso una secuencia evolutiva de cómo la formación de planetas afecta el disco protoplanetario. En paralelo, el grupo argentino venía trabajando en modelos numéricos que llamaron Planeta LP (por La Plata).
“Este código intenta reproducir con ecuaciones físicas cómo es la evolución del gas y del polvo en un disco protoplanetario para que eventualmente se formen planetas –destaca Cieza–. Cuando nosotros propusimos esta teoría, en 2021, no teníamos la capacidad de demostrarla; entonces pensamos que quizás podíamos utilizar el código de la Plata. Este modelo no produce imágenes, produce resultados en tablas. ¿Cuál es la masa del disco? ¿Cuál es la temperatura? ¿Cuáles son las partículas? ¿Cómo se distribuyen en el disco protoplanetario y cómo va creciendo? Como no había forma de hacer una comparación directa, en el marco del proyecto Milenio, de Chile, convocamos a un grupo de informáticos y le dimos el desafío de tratar de combinar el trabajo de Argentina con el de Chile para ver si podíamos reproducir la secuencia. Nos preguntamos lo siguiente: si estas estructuras son producidas por planetas, y cada uno de estos es un planeta, ¿qué pasa si ponemos un planeta en ese surco? ¿Cómo reacciona el disco? Y eso lo podía responder el código de La Plata. Entonces tomamos un objeto en particular que se llama Elías 2-24 y logramos representarlo como se vería si ALMA lo observara. Y el resultado fue sorprendente, porque se veía exactamente igual al objeto que estábamos simulando. ¡Exactamente igual! Entonces, elegimos cinco puntos y nos preguntamos qué pasaría si dejábamos evolucionar el disco planetario simplemente tomando el modelo de evolución Planeta LP. Y lo que vimos es que reproducía perfectamente las otras secuencias. Pudimos reproducir exactamente las cinco etapas que estaban propuestas en el paper de 2021. Pasamos de un resultado hipotético a una confirmación, porque en ciencia uno tiene que poder demostrar que lo que plantea es efectivamente lo que está sucediendo y entenderlo desde el punto de vista físico. Lo interesante es que, partiendo de ecuaciones físicas de la evolución del gas y del polvo, se puede reproducir la secuencia y ordenar el caos de estructuras que se observaban”.
Esta confirmación tiene varias consecuencias. Por un lado, resuelve el misterio de cuál es el origen de los surcos en los discos protoplanetarios. Pero además confirma que en cada uno de ellos hay un planeta, permite calcular su masa y su edad, y entender cómo se pueden formar los planetas en forma tan rápida. “Estamos hablando de menos de un millón de años –subraya Cieza–, cuando todos los modelos estimaban que los planetas necesitan al menos 10.000.000 de años para formarse. Ahora sabemos que [el proceso] es mucho más veloz, más eficiente, y podemos buscar los mecanismos que permiten que suceda de esa manera”.
Los discos protoplanetarios están formados por material más pequeño que un grano de arena, partículas de polvo de menos de un milímetro que se forman en las estrellas, las mismas que al final de su vida lo devuelven a estas nubes moleculares. “Es un ecosistema en el que las estrellas nacen, evolucionan y mueren constantemente en la galaxia –aclara Cieza–. Y este polvo bien pequeño, que forma el disco y queda girando alrededor, de alguna manera que desconocemos, se aglutina en objetos más grandes. Pasa de granos de arena a un objeto suficientemente masivo como para producir un surco. Eso va en contra de todo lo que sabemos de cómo se forman los planetas. Por eso, la idea inicial fue muy debatida, porque se pensaba que no se podían formar tan rápido ni tan lejos de la estrella”.
Los investigadores argentinos realizaron un trabajo muy laborioso para desarrollar sus modelos y obtener imágenes sintéticas que pudieran compararse con las observaciones de ALMA. “Lo que se muestra en el trabajo es que podemos reproducir la presencia de un planeta y la secuencia evolutiva que proponía Lucas en 2021 con bastante precisión –dice Orquijo–. Transformamos los resultados de esas simulaciones numéricas en imágenes sintéticas que pudieran compararse con las observaciones reales”.
Como se da por sentado que las leyes físicas y los elementos químicos son los mismos en todo el universo, nada hace pensar que los fenómenos que dan lugar a la formación de planetas en estrellas lejanas sean diferentes de los que incidieron en la de la Tierra, Júpiter o Saturno.
“Octavio fue quien creó el código hace unos diez años y lo fue mejorando con el grupo de Ciencias Planetarias de La Plata –cuenta Orquijo, que hizo su posdoctorado con esta investigación–. La idea era utilizarlo para reproducir lo que se observa físicamente con la red de telescopios de Chile. En estos años, yo lo iba poniendo a prueba, hasta que empezamos a encontrar que teníamos resultados muy similares a los observados. Había una incógnita bastante grande, porque lo que me muestra a mí el resultado de ese código no es directamente la imagen que se ve con el telescopio, sino que lo tenemos que poner en otro código. Eso lo hizo otro equipo de Chile. Hasta el año pasado no teníamos la certeza, porque no teníamos la imagen simulada”.
Santiago concluye el mes que viene su posdoctorado y se encuentra en una situación de mucha incertidumbre, porque todavía no se sabe si se reabrirá el ingreso a la carrera del investigador.
Y concluye Cieza: “Me preocupa que se conozca el trabajo excelente que se realiza en el Conicet. Nosotros teníamos una parte del rompecabezas, la observacional. Lo que se hace desde La Plata es complementario para entender, desde el punto de vista físico, qué es lo que uno está observando. Porque uno puede ver cosas, pero eso no quiere decir que lo entienda… Solo lo entiende cuando puede transformarlo en ecuaciones. Ese es el aporte fundamental para la astrofísica mundial que se hizo desde la Argentina. Aunque el enigma no está completamente resuelto y tenemos que seguir, dimos un paso muy importante para entender cómo fue el origen de nuestro planeta. Es una pregunta milenaria, que se abordó desde el punto de vista filosófico, religioso y científico. Y, aunque todavía no tiene respuesta completa, nos estamos acercando a develarla”.
Cerrar sesión