En la historia temprana de nuestro sistema solar, los científicos teorizan que un objeto del tamaño de Marte llamado Theia chocó contra la Tierra naciente, vaporizando enormes cantidades de roca y lanzándola al espacio. Parte de ese material se condensó en la Luna, donde el programa Artemis de la NASA está devolviendo humanos, preparándose para Marte y moldeando el futuro de la exploración espacial.
Aquella colisión violenta y de hace mucho tiempo transformó nuestro planeta natal. Astrónomos han utilizado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para examinar una clase de sistemas estelares jóvenes que muestran signos de convulsiones similares, proporcionando pistas sobre la cantidad de energía en sus colisiones. Los resultados ofrecen perspectivas sobre la composición y evolución de estos sistemas caóticos.
Los hallazgos del equipo se publicaron el jueves en The Astrophysical Journal.
El entorno que rodea a una estrella cambia a medida que envejece, comenzando con un disco protoplanetario juvenil rico en gas donde pueden residir planetas en formación, antes de evolucionar hacia un disco de escombros pobre en gases. Durante su vida útil, el Telescopio Espacial Spitzer retirado de la NASA examinó la etapa de disco de escombros y descubrió una subclase denominada discos extremos de escombros. Estos sistemas albergan cantidades inusualmente grandes de polvo cálido cerca de la estrella, en la región comparable a donde orbitan los planetas rocosos en nuestro sistema solar. Un equipo de astrónomos liderado por Kate Su, del Instituto de Ciencias Espaciales en Boulder, Colorado, investigó estos intrigantes objetos junto a Webb.
Contrariamente a las predicciones teóricas, que sugieren que deberíamos observar muchos discos de escombros extremos, las observaciones indican que estos entornos son raros. Los científicos estiman que aproximadamente solo el 1% de las estrellas jóvenes muestran firmas observables de esta fase basándose en los datos recogidos hasta ahora, incluyendo posiblemente nuestro propio sistema solar durante su formación. A pesar de su rareza, el equipo pudo compilar una muestra de 21 discos de escombros extremos, incluyendo cinco a partir de los datos de archivo de Spitzer y 16 de Webb, con 12 discos recién observados y observaciones de seguimiento en cuatro de los de Spitzer.
"Es la primera vez que reunimos suficientes sistemas para entender realmente esta subclase que llamamos discos de escombros extremos", dijo Su, autor principal del artículo. "Antes de Webb, teníamos información limitada. Sabíamos que son extraños y muy diferentes de los típicos discos de escombros fríos que conocemos, como Vega y Fomalhaut. Ahora que tenemos más datos, podemos determinar qué representan estos discos para la formación y evolución de planetas."
El equipo confirmó que los discos de escombros extremos comparten tres propiedades clave: granos de polvo más pequeños que los de los discos de escombros protoplanetarios o clásicos, una alta concentración de polvo cálido y variaciones irregulares de brillo, todas ellas reveladas por espectros del infrarrojo medio de Webb y Spitzer.
Para determinar el factor impulsor de estas cualidades, el equipo estudió la composición mineralógica de los discos. Descubrieron que su muestra podía categorizarse en discos ricos en sílice y pobres en sílice. El vidrio volcánico como la obsidiana es un ejemplo de material rico en sílice encontrado en la Tierra, mientras que el mineral pobre en sílice forsterita aparece como granos de arena verde en algunas playas de Hawái. La categoría de un disco de escombros extremo transmite información sobre el tipo de colisiones que producen los escombros de impacto y puede ayudar a explicar su variabilidad en el brillo infrarrojo.
"Ver simplemente su emisión en infrarrojo medio y sus hermosas características espectrales junto a Webb, que nos permitieron identificar sus composiciones, fue lo más emocionante para mí", dijo Agnes Kospal del Observatorio Konkoly en Budapest, Hungría, y coautora del estudio. "No tenemos otra forma de estudiar directamente estos embriones planetarios porque son demasiado pequeños."
De su muestra, aproximadamente un tercio es rico en sílice, lo que sugiere que estos discos se producen por impactos de alta energía entre cuerpos del tamaño de Marte donde se vaporiza una parte significativa del material. Los dos tercios restantes de la muestra son pobres en sílice, lo que indica que las colisiones ocurren a escalas más pequeñas, como el rasado, entre objetos del tamaño de la Luna. Los discos ricos en sílice solo se encuentran alrededor de estrellas menores de 300 millones de años, mientras que los discos pobres en sílice persisten a lo largo de un amplio rango de edades y a menudo muestran mayor variabilidad de brillo. El equipo propone que esta variabilidad está impulsada por la rápida evolución de residuos frescos a través de cambios orbitales e impactos adicionales.
Sus hallazgos pueden aplicarse a nuestro propio sistema solar, que puede haber experimentado más de una fase extrema de disco de escombros.
"Cómo se formaron los planetas rocosos y cómo evolucionaron los gigantes forman parte de la historia más amplia de la formación del sistema solar. Es una sola historia", dijo Su. "Nuestro trabajo sobre discos de escombros extremos nos ayuda a reunir el panorama general de lo que entendemos actualmente."
Las simulaciones sugieren que los planetas terrestres, como la Tierra, deberían formarse dentro de los primeros cientos de millones de años tras la formación de un sistema solar. Este periodo encaja con las edades de discos extremos de escombros ricos en sílice observadas hasta ahora y coincide con la estimación de que la Tierra y la Luna se formaron unos 100 millones de años después de la formación del Sol, siendo probable que la Luna sea el resultado de una colisión entre la Tierra y un objeto del tamaño de Marte.
En cuanto a si nuestro Sol experimentó una fase de disco extremo pobre en sílice, si los discos antiguos pobres en sílice y sus intervalos aleatorios de brillo infrarrojo reflejan inestabilidad orbital, esto sería en general coherente con la hipótesis del Bombardeo Pesado Tardío para nuestro sistema solar. En ese escenario, los planetas gigantes gaseosos migraron distancias significativas, perturbando gravitacionalmente las órbitas de cuerpos más pequeños y desencadenando colisiones catastróficas que generaron las fases efímeras y ricas en polvo observadas en discos extremos de escombros.
"Por supuesto, hay muchas cosas que aún no sabemos sobre estos discos", dijo Attila Moor, del Observatorio Konkoly, coautor del estudio. "No esperamos sistemas ricos en sílice entre los discos de escombros extremos más antiguos. Solo tenemos tres discos en nuestra muestra que cumplen ese criterio de edad, así que será bueno observar más de estos sistemas para confirmar nuestra hipótesis."
El Telescopio Espacial James Webb es el observatorio de ciencias espaciales más importante del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas y explorando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA junto con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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Fuente: NASA · Comunicado original
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