Naixement en directe d’una lluna al voltant d’un planeta gegant

Clic per engrandir. Aquesta imatge, feta amb ALMA (ESO), mostra el sistema PDS 70 situat
a gairebé a 400 anys llum i encara en procés de formació. El sistema està format per una
estrella en el seu centre i de al menys dos planetes que l’orbiten. PDS 70b (no visible a la
imatge) i PDS 70c, envoltats per un disc circumplanetari (el punt a la dreta de l'estrella).
Els planetes han obert una cavitat en el disc circumplanetari. Els planetes han buidat
el disc circumestelar (l’estructura en forma d’anell que domina la imatge) a l'acumular el
material del propi disc i augmentar la seva mida. És durant aquest procés que el PDS
70c va adquirir el seu propi disc circumplanetari, que contribueix al creixement del planeta i
on es poden formar llunes. Crèdit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Benisty et al.

Al vídeo, observació directa de la formació d’una exolluna. El radiotelescopi gegant ALMA va produir la primera imatge directa d’una lluna que es formava al voltant d’un planeta gegant molt jove. 

El 2018 i el 2019, els astrònoms van descobrir dos planetes que es formaven al voltant de l’estrella PDS70. En aquell moment, es va suposar que aquests dos planetes estaven envoltats per un disc de pols, el presumpte bressol dels satèl·lits naturals. Avui, ALMA confirma la presència d’un disc que envolta l’exoplaneta PDS 70c, dins del qual podria formar fins a tres llunes. Les explicacions de Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i de la Universitat de Xile, que va dirigir aquest estudi.

L'Observatori ALMA ha confirmat l'existència d'un disc circumplanetari que envolta l'exoplaneta PDS 70c, un dels dos planetes gegants semblants a Júpiter que orbiten una estrella a gairebé 400 anys llum de distància. Aquests dos planetes, PDS 70b i PDS 70c, que formen un sistema que recorda el parell Júpiter-Saturn, es van descobrir per primera vegada amb el Very Large Telescope (VLT) d’ESO el 2018 i el 2019 respectivament. Aleshores, els astrònoms ja havien trobat pistes sobre un disc que permetia formar llunes al voltant del PDS 70c, però no van poder distingir clarament la unitat del seu entorn i confirmar-ne la detecció.

Les observacions d'ALMA també ham permès descobrir que aquest disc té aproximadament el mateix diàmetre que la distància entre el nostre Sol i la Terra i una "massa suficient per formar fins a tres satèl·lits com la Lluna", explica Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i a la Universitat de Xile, que van liderar el nou treball publicat avui a The Astrophysical Journal Letters.

Una oportunitat única per observar i estudiar els processos de formació de planetes i satèl·lits

Com assenyala la nota de premsa d’ESO, aquestes troballes no són només essencials per esbrinar com es formen les llunes. "Aquestes noves observacions també són extremadament importants per provar teories sobre la formació de planetes que no es podien verificar fins ara", diu Jaehan Bae, investigador del Earth and Planets Laboratory de la Carnegie Institution for Science, als Estats Units,i autor de l’estudi. Heu de saber que encara "no entenem els detalls dels processos de formació de planetes i llunes, ni a on es formen", explica Stefano Facchini, investigador de l'ESO, que també participa en aquesta investigació. 

El que sabem sobre la formació dels planetes és que es formen en discs de pols al voltant d’estrelles joves, excavant cavitats i acumulant matèria d’aquest disc circumstel·lar per créixer. Durant aquest procés, un planeta pot adquirir el seu propi disc circumplanetari, que ajuda al creixement del planeta regulant la quantitat de matèria que hi cau. Al mateix temps, el gas i la pols del disc circumplanetari es poden ajuntar en cossos cada vegada més grans a través de múltiples col·lisions, que finalment condueixen al naixement de llunes.

Cartografia molt detallada amb l'ajuda del futur telescopi gegant d’ESO

Les darreres observacions d’ALMA han permès als astrònoms obtenir informació addicional sobre el sistema. A més de confirmar la detecció del disc circumplanetari al voltant de PDS 70c i estudiar-ne la mida i la massa, van trobar que PDS 70b no presenta evidències clares de la presència d’aquest disc, cosa que indica que PDS 70c el va privar de pols del seu entorn de naixement.

Aquest sistema planetari s’entendrà amb més detall encara amb el Telescopi Extremament Gran (ELT) d’ESO, construint-se actualment al Cerro Armazones al desert xilè d’Atacama. "L'ELT serà essencial per a aquesta investigació perquè, gràcies a la seva resolució molt més alta, podrem cartografiar el sistema amb gran detall",  afirma el coautor Richard Teague, investigador al Center for Astrophyísics | Harvard Smithsonian, als Estats Units. En particular, mitjançant la càmera i l’espectrògraf METIS del ELT, l’equip podrà examinar els moviments del gas que envolta PDS 70c per obtenir una imatge 3D completa del sistema.

Clic per engrandir. Aquesta imatge, presa per ALMA (ESO), mostra una vista de gran
angular (esquerra) i primer pla (dreta) del disc llunar que envolta PDS 70c, un jove planeta
semblant a Júpiter situat a gairebé 400 anys llum de distància. La vista de prop mostra
PDS 70c i el seu disc circumplanetari al centre de la imatge, mentre que el disc
circumstel·lar més gran, semblant a un anell, ocupa la major part del costat dret de la
imatge. L'estrella PDS 70 es troba al centre de la imatge de gran angular de la esquerra.
Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Benisty et al

Entrevista de Futura a Myriam Benisty

Futura ha entrevistat a Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i la Universitat de Xile, que va liderar el nou treball publicat avui a The Astrophysical Journal Letters. 

Futura: No és la primera vegada que ALMA observa PDS 70C. Què més afegeixen aquestes noves observacions? 

Myriam Benisty: les nostres primeres observacions publicades el 2019 van aportar pistes sobre la presència d’un disc circumplanetari al voltant de PDS 70c, però no en podíem estar segurs, perquè el disc en qüestió no estava desprès, separat de l'entorn circumestelar circumdant. Posteriorment, vam obtenir observacions a una resolució més alta, cosa que permetia imaginar detalls més fins i, per tant, vam poder detectar el disc al voltant del planeta, separat del disc al voltant de l'estrella. Així, vam poder observar directament la formació d’un sistema planetari amb els seus satèl·lits, cosa que ens permet provar les teories de la formació planetària. Per exemple, hem pogut estimar amb més precisió la massa de pols disponible per formar satèl·lits, així com la mida del disc circumplanetari. 

F: Tècnicament, en comparació amb les observacions anteriors, són aquestes darreres observacions més fines en termes de resolució?

MB: Sí, de fet, aquestes observacions tenen una resolució molt més fina. Les nostres observacions amb ALMA es van obtenir a una resolució tan fina que vam poder identificar clarament que el disc està associat amb el planeta i que podem determinar la seva mida per primera vegada. El nostre treball revela clarament la detecció d’un disc en què es podrien formar satèl·lits. 

F: Què podríem dir d'aquesta "futura" lluna i podem fer una analogia amb el Sistema Solar?

MB: En aquest punt podem dir que el disc al voltant de PDS 70c té la capacitat de formar llunes. L’analogia que es pot fer amb el sistema solar és més general al sistema PDS70. El parell de planetes PDS 70b i PDS 70c recorda a Júpiter-Saturn, dos planetes gegants amb un reservori de matèria dins de les seves òrbites (on es podrien formar planetes semblants a la Terra) i fora de les seves òrbites (on es podrien formar altres gegants). PDS 70b es troba a 20 unitats astronòmiques (com Urà) mentre que PDS 70c orbita al voltant de 33 unitats astronòmiques (com Neptú). Júpiter i Saturn tenen tots dos molts satèl·lits ... que es van formar en un disc circumplanetari com l’observat al voltant de PDS 70c. 

F: Quin és el següent pas de la vostra investigació? Veure sorgir una lluna d’aquest disc de pols?

MB: Amb els instruments que tenim actualment, és impossible observar una lluna en aquest disc de pols. Els nostres propers objectius són caracteritzar les propietats físiques i químiques del disc, és a dir, determinar les característiques d’aquesta pols i la composició química de la matèria propera als dos planetes i estudiar els mecanismes d’acreció de la matèria al planeta.    

Ho he vist aquí.