El Hubble observa cómo crece un planeta gigante

El telescopio espacial Hubble de la NASA ofrece a los astrónomos una mirada poco común a un planeta, del tamaño de Júpiter, que aún se está formando y que se está alimentando del material que rodea a su joven estrella.

“Simplemente no sabemos mucho sobre cómo crecen los planetas gigantes”, dijo Brendan Bowler de la Universidad de Texas en Austin. “Este sistema planetario nos da la primera oportunidad de observar la acreción de material en un planeta. Nuestros resultados abren una nueva área para esta investigación ”.

Esta ilustración del exoplaneta PDS 70b que se está formando actualmente, muestra cómo el material puede caer sobre el planeta gigante a medida que aumenta su masa. Al emplear la sensibilidad a la luz ultravioleta (UV) del Hubble, los investigadores obtuvieron una visión única de la radiación de gas extremadamente caliente que cae sobre el planeta, lo que les permite medir directamente, por primera vez, la tasa de aumento de la masa del planeta. El planeta PDS 70b está rodeado por su propio disco de gas y polvo que extrae del material del disco circunestelar de su sistema solar. Los investigadores plantean la hipótesis de que las líneas del campo magnético se extienden desde su disco circumplanetario hasta la atmósfera del exoplaneta y canalizan material hacia la superficie del mismo. La ilustración muestra una posible configuración de acreción magnetosférica, pero la geometría detallada del campo magnético requiere un trabajo futuro de observación. El planeta remoto ya ha aumentado hasta cinco veces la masa de Júpiter durante un período de unos cinco millones de años, pero se prevé que esté en el final de su proceso de formación. PDS 70b orbita a la estrella enana naranja PDS 70, que se encuentra a aproximadamente a 370 años luz de la Tierra en la constelación de Centaurus.
Créditos: NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted (STScI).

Aunque hasta ahora se han catalogado más de 4.000 exoplanetas, solo 15 han sido captados directamente por telescopios. Los planetas están tan lejos y son tan pequeños que son simplemente puntos en las mejores fotos que se pueden obtener. La nueva técnica del equipo de usar el Hubble para obtener imágenes directas de este planeta, abre un camino para futuras investigaciones de exoplanetas, especialmente en la etapa de formación de un planeta.

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

“Este sistema es muy emocionante porque podemos presenciar la formación de un planeta”, dijo Yifan Zhou, también de la Universidad de Texas en Austin. “Este es el planeta en creación más joven que el Hubble jamás haya imaginado poder captar directamente”. Con cinco millones de años de juventud, el planeta todavía está acretando material y acumulando masa.

La sensibilidad a la luz ultravioleta (UV) del Hubble ofrece una fuente de observación única a la radiación del gas extremadamente caliente que cae sobre el planeta. “Las observaciones de Hubble nos permitieron estimar la velocidad a la que el planeta está implementando masa”, agregó Zhou.

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

Las observaciones UV, que se suman al conjunto de datos de investigación sobre este planeta, permitieron al equipo por primera vez, medir directamente la tasa de crecimiento de la masa del planeta. El planeta remoto ya ha aumentado hasta cinco veces la masa de Júpiter durante un período de aproximadamente cinco millones de años. La actual tasa de acreción medida ha disminuido hasta el punto en que, si la tasa se mantuviera estable durante otro millón de años, el planeta solo aumentaría aproximadamente una centésima parte de la masa de Júpiter.

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

El joven sistema PDS 70 está compuesto de un disco primordial de gas y polvo que proporciona masa para alimentar el crecimiento de los planetas en todo el sistema. El planeta PDS 70b está rodeado por su propio disco de gas y polvo que extraedel material del disco circunestelar, que es mucho más grande. Los investigadores plantean la hipótesis de que las líneas del campo magnético se extienden desde su disco circumplanetario hasta la atmósfera del exoplaneta y canalizan material hacia la superficie del planeta.

“Si este material sigue las columnas del disco al planeta, causaría puntos calientes locales”, explicó Zhou. “Estos puntos calientes podrían ser al menos 10 veces más calientes que la temperatura del planeta”. Se ha descubierto que estos parches calientes brillaban intensamente en luz ultravioleta.

Las observaciones del Hubble apuntan al planeta PDS 70b. Un coronógrafo en la cámara del Hubble bloquea el resplandor de la estrella central para que el planeta pueda ser observado directamente. Aunque hasta ahora se han catalogado más de 4.000 exoplanetas, hasta la fecha solo 15 han sido captados directamente por telescopios. La nueva técnica del equipo de usar el Hubble para obtener imágenes directas de este planeta, abre un camino nuevo para futuras investigaciones de exoplanetas, especialmente las de los años de formación de un planeta.
Créditos: 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 formado a partir de un disco circundante de material. Sus lunas principales también se habrían formado a partir de las sobras de ese disco.

Un reto para el equipo fue eclipsar el resplandor 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 mucho cuidado el resplandor de la estrella para dejar solo la luz emitida por el planeta. Al hacerlo, mejoró cinco veces el límite de la cercanía a la que las observaciones del Hubble puede reconocer un planeta de su estrella.

“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 repetidamente con Hubble. Con observaciones futuras, podríamos descubrir cuándo la mayoría del gas y el polvo cae sobre sus planetas y si lo hace a un ritmo constante ”.

Los resultados de los investigadores se publicaron en abril de 2021 en The Astronomical Journal.

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 en Astronomía en Washington, D.C.

Edición: R. Castro.