Webb estudia el disco de formación lunar alrededor de un exoplaneta masivo

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El Telescopio Espacial James Webb de NASA/ESA/CSA ha brindado las primeras mediciones directas de las propiedades químicas y físicas de un posible disco de formación lunar que rodea un gran exoplaneta. El disco rico en carbono que rodea al planeta, llamado CT Cha B, ubicado a 625 años luz de la Tierra, es un posible lugar de construcción de lunas, aunque no se detecta ninguna en los datos del Webb. El disco ofrece información sobre cómo podrían haberse formado las lunas de gigantes gaseosos del sistema solar como Júpiter.

Representación artística de un disco de polvo y gas que rodea al joven exoplaneta CT Cha b, a 625 años luz de la Tierra. Imagen completa, anotaciones y pie de foto a continuación. Créditos: Ilustración: NASA, ESA, CSA, STScI, Gabriele Cugno (Universidad de Zúrich, NCCR PlanetS), Sierra Grant (Institución Carnegie para la Ciencia), Joseph Olmsted (STScI), Leah Hustak (STScI)

Nuestro Sistema Solar contiene ocho planetas principales y más de 400 lunas conocidas que orbitan seis de ellos. ¿Cómo se construyeron? Existen múltiples mecanismos de formación. El argumento que se utiliza para las lunas grandes, como los cuatro satélites galileanos que orbitan Júpiter, es que se condensaron a partir de un disco de polvo y gas que rodeaba el planeta cuando se formó. Pero eso habría ocurrido hace más de 4 mil millones de años, y actualmente existen escasas pruebas forenses.

Webb ahora ha brindado la primera visión directa del material de un disco alrededor de un gran exoplaneta. Un equipo internacional de astrónomos ha descubierto un disco rico en carbono que rodea el planeta, llamado CT Cha b, ubicado a 625 años luz de la Tierra.

La joven estrella que orbita el planeta tiene sólo 2 millones de años y aún acumula material circunestelar. Sin embargo, el disco circumplanetario descubierto por Webb no forma parte del disco de acreción más grande que rodea a la estrella central. Ambos objetos están separados por 74.000 millones de kilómetros.

Observar la formación de planetas y lunas es fundamental para comprender la evolución de los sistemas planetarios en nuestra galaxia. Es probable que haya más lunas que planetas, y algunas podrían albergar vida tal como la conocemos. Pero apenas estamos entrando en una era en la que podemos presenciar su formación.

Este descubrimiento fomenta una mejor comprensión de la formación de planetas y lunas, afirman los investigadores. Los datos del Webb son invaluables para establecer comparaciones con el nacimiento de nuestro Sistema Solar hace más de 4 mil millones de años.

“Podemos ver evidencia del disco alrededor de la estrella compañera y estudiar su composición química por primera vez. No sólo presenciamos la formación de la luna, sino también la de este planeta”, afirmó la coautora principal Sierra Grant, del Instituto Carnegie para la Ciencia, con sede en Washington, D.C., EE. UU..“Estamos viendo qué material se acumula para construir el planeta y las lunas”, añadió el autor principal Gabriele Cugno de la Universidad de Zúrich en Suiza y miembro del Centro Nacional de Competencia en Investigación PlanetS.

Diseccionando la luz estelar
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Las observaciones infrarrojas de CT Cha b se realizaron con el instrumento MIRI (instrumento de infrarrojo medio) del telescopio Webb, utilizando su espectrógrafo de resolución media. Un análisis inicial de los datos de archivo del telescopio Webb reveló indicios de moléculas dentro del disco circumplanetario, lo que motivó un análisis más profundo de los datos. Dado que la tenue señal del planeta queda oculta por el resplandor de la estrella anfitriona, los investigadores tuvieron que separar la luz de la estrella del planeta utilizando métodos de alto contraste.

“Vimos moléculas en la ubicación del planeta, así que supimos que allí había información que merecía la pena investigar y dedicar un año a extraer datos. Realmente requirió mucha perseverancia”, dijo Grant.

Finalmente, el equipo descubrió siete moléculas carboníferas dentro del disco del planeta, incluyendo acetileno (C₂H₂) y benceno (C₂H₂). Esta composición química rica en carbono contrasta marcadamente con la observada en el disco alrededor de la estrella anfitriona, donde los investigadores encontraron agua pero no carbono. La diferencia entre ambos discos evidencia su rápida evolución química en tan sólo dos millones de años.

Génesis de las lunas
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Durante mucho tiempo se ha planteado la hipótesis de que un disco circumplanetario de escombros fue el lugar de nacimiento de las cuatro lunas principales de Júpiter. Estos satélites galileanos debieron de condensarse a partir de dicho disco aplanado hace miles de millones de años, como lo demuestran sus órbitas coplanares alrededor de Júpiter. Las dos lunas galileanas más externas, Ganímedes y Calisto, están compuestas en un 50 % de hielo de agua. Sin embargo, presumiblemente tienen núcleos rocosos, quizás compuestos de carbono o silicio.

“Queremos aprender más sobre cómo nuestro Sistema Solar formó sus lunas. Esto significa que necesitamos observar otros sistemas que aún están en construcción. Intentamos comprender cómo funciona todo”, dijo Cugno. “¿Cómo se forman estas lunas? ¿Cuáles son sus componentes? ¿Qué procesos físicos intervienen y en qué escalas de tiempo? El Webb nos permite presenciar el drama de la formación lunar e investigar estas cuestiones mediante la observación por primera vez”.

Deberemos esperar…
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El próximo año, el equipo utilizará Webb para realizar un estudio exhaustivo de objetos similares para comprender mejor la diversidad de propiedades físicas y químicas en los discos alrededor de planetas jóvenes. “Los conocimientos podrían ser útiles, especialmente mientras nuestro Jupiter Icy Moons Explorer (Juice) se dirige a Júpiter y en tanto preparamos una futura misión para orbitar y aterrizar en la luna Encélado de Saturno”, indicó la Agencia Espacial Europea.

Cita
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El estudio A Carbon-rich Disk Surrounding a Planetary-mass Companion (Un disco rico en carbono que rodea a un compañero de masa planetaria) fue publicado en The Astrophysical Journal Letters. Autores: Gabriele Cugno & Sierra L. Grant.
El artículo Webb studies moon-forming disc around massive planet fue publicado en los sitios web de ESA Webb, la NASA y la Agencia Espacial Europea.