Un equipo de astrónomos ha capturado una imagen de un joven mundo, WISPIT 2b, situado dentro de un anillo oscuro alrededor de su estrella. El objeto es un protoplaneta, un planeta aún en formación dentro de un amplio disco de gas y polvo. En lugar de ocultarse en el agujero central del disco, WISPIT 2b aparece en una clara separación anular, un carril más tranquilo entre dos brillantes anillos de polvo. Esta ubicación hace que su detección sea inusual y científicamente valiosa.
La investigación fue liderada por Laird Close de la Universidad de Arizona, utilizando óptica y cámaras especializadas. El hallazgo de WISPIT 2b se realizó observando la estrella WISPIT 2, que alberga un disco transicional multi-anular con bandas brillantes separadas por huecos más tenues. En uno de estos huecos, el equipo encontró un punto de luz compacto que coincide con la ubicación donde debería estar un planeta en crecimiento.
La separación proyectada del planeta es de aproximadamente 54 unidades astronómicas, lo que equivale a unos 5 mil millones de millas de su estrella. En la escala de distancias terrestres, esto está mucho más allá de la órbita de Neptuno. Los investigadores utilizaron la luz H-alfa (Hα), un tono estrecho de rojo emitido por el hidrógeno caliente cuando el gas cae sobre un objeto joven. Este brillo es un indicador preciso de la acreción, el proceso por el cual el material se deposita en un planeta y se calienta lo suficiente como para irradiar.
“A medida que los planetas se forman y crecen, absorben gas hidrógeno de su entorno. Cuando el gas golpea la superficie del protoplaneta, crea un plasma extremadamente caliente que, a su vez, emite una firma lumínica particular”, explicó Laird Close.
Importancia de los planetas en los huecos
Durante años, los modelos y las observaciones han señalado a los planetas jóvenes como los responsables de esculpir los anillos y los huecos en los discos. Su gravedad despeja carriles, acumula polvo en los bordes y deja la arquitectura característica. Esta idea se resumió en una amplia revisión de los discos transicionales, que describe cómo los planetas pueden evacuar material y alterar los patrones de gas y polvo. Encontrar un planeta directamente en un hueco anular confirma esta teoría.
Los investigadores reportan detecciones de H-alfa en dos noches con relaciones señal-ruido de 5.5 y 12.5, una separación medida cercana a 309 miliarcosegundos y un ángulo de posición alrededor de 242 grados. El planeta también es visible en longitudes de onda infrarrojas más largas, lo que ayuda a restringir su emisión térmica. Con estos datos, el equipo estima una masa de aproximadamente 5.3 masas de Júpiter y una edad de alrededor de 5 millones de años. La tasa de acreción inferida es de aproximadamente unas pocas veces 10 a la menos 12 masas solares por año, lo que coincide con las expectativas para un gigante que acrece débilmente.
Medición del brillo del planeta
Capturar una señal tan tenue junto a una estrella brillante requirió óptica adaptativa para enfocar la atmósfera y un procesamiento de imágenes agresivo para separar la luz del planeta de la luz estelar dispersa. El instrumento MagAO-X en el Telescopio Magellan Clay en Chile (MCTC) fue diseñado para funcionar precisamente en longitudes de onda visibles donde se encuentra la H-alfa. El equipo también utilizó la cámara infrarroja del Gran Telescopio Binocular (LBT) para medir el brillo del planeta en la banda L prime. Este enfoque multicolor afinó la estimación de la masa y reforzó la evidencia de que el punto de H-alfa es un planeta real, no un cúmulo de polvo.
El planeta recién nacido WISPIT 2b está consumiendo su “cuna” polvorienta mientras orbita su estrella madre. Crédito: ESO/RF van Capelleveen et al. Click image to enlarge.
WISPIT 2b en comparación con otros planetas
Antes de este descubrimiento, el principal ejemplo de un planeta en formación era uno encontrado en el sistema llamado PDS 70. Los astrónomos detectaron por primera vez la luz de hidrógeno de un planeta allí en 2018, lo que demostró que aún estaba creciendo. Un segundo planeta en el mismo sistema se confirmó al año siguiente, también emitiendo la misma señal de luz. Estos planetas se encuentran en la gran cavidad central de su disco. WISPIT 2b, por el contrario, se encuentra en una estrecha separación anular entre cinturones de polvo brillantes, lo que lo sitúa en una zona diferente de la formación planetaria.
Los datos también revelan una fuente puntual más débil más cerca de la estrella, etiquetada como CC1 (Compañero Cercano 1). Su ubicación es de aproximadamente 110 miliarcosegundos, o alrededor de 15 unidades astronómicas, lo que equivale a unos 1.4 mil millones de millas. CC1 es rojo y brillante en L prime, pero muestra poca o ninguna H-alfa, por lo que podría ser un objeto cálido rodeado por un pequeño disco circumplanetario o un cúmulo de polvo inusualmente compacto. El seguimiento espectral y orbital aclarará si se trata de otro planeta en formación.
Esta representación artística muestra un primer plano del protoplaneta WISPIT 2b acrecentando materia mientras orbita alrededor de su estrella, WISPIT 2. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC). Click image to enlarge.
Investigación continua sobre WISPIT 2b
Si WISPIT 2b despejó su carril, su gravedad debería empujar el polvo hacia afuera y hacia adentro, creando golpes de presión que atrapan las partículas. Medir cuán pronunciados son estos bordes puede probar cuán fuertemente el planeta remodela su entorno. Las observaciones futuras también podrían medir cómo cambia la señal de H-alfa con el tiempo. La variabilidad puede revelar si el flujo de acreción llega en corrientes constantes o intermitentes, una pista sobre cómo el gas enhebra los campos magnéticos en un gigante joven.
La H-alfa apunta al salto del electrón del hidrógeno del tercer al segundo nivel de energía. Esta transición es brillante donde el gas se calienta en choques, como donde el material que cae se encuentra con una superficie compacta o un disco interno. Debido a que esta línea se encuentra a 656.3 nanómetros, el resplandor de la estrella y el disco polvoriento deben suprimirse extremadamente bien. Los instrumentos que combinan coronógrafos, óptica ultraestable y control rápido de la wavefront pueden aislar el brillo planetario el tiempo suficiente para medirlo.
WISPIT 2b y la formación de planetas
WISPIT 2b refuerza la idea de que los planetas dan forma a los discos desde el principio, no solo después de alcanzar sus masas finales. Detectado en una etapa temprana, el planeta aún está caliente y luminoso, por lo que su huella en el disco es más fácil de rastrear. Encontrar un planeta en un hueco anular también ayuda a conectar dos imágenes: las imágenes de milímetro que mapean la estructura del polvo y el gas, y las detecciones ópticas e infrarrojas que rastrean los planetas incrustados. Cuantos más sistemas como este recopilemos, más clara será la historia de la formación.
Una separación cercana a 54 unidades astronómicas se traduce en aproximadamente 5.0 mil millones de millas. La estrella en sí está a cientos de años luz de distancia, y un año luz abarca aproximadamente 5.9 billones de millas. Estas escalas explican por qué este trabajo es difícil. Incluso con un telescopio grande, la señal del planeta es un susurro junto a un grito.
Si CC1 resulta ser un planeta, el sistema WISPIT 2 se convertirá en un campo de pruebas para las interacciones multiplanetarias dentro de un disco aún rico. Las resonancias entre los planetas podrían estabilizar las órbitas y agitar los bordes de los anillos de manera medible. La espectroscopía en las bandas visible e infrarroja también puede separar la luz del planeta del polvo calentado. Esta división refinaría la estimación de la masa y la edad y verificaría si un pequeño disco alrededor del planeta agrega un brillo infrarrojo adicional.
El estudio se publicó en The Astrophysical Journal Letters.
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