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Disco circumplanetario

Summary

Un disco circumplanetario es una acumulación de materia en forma de toro, disco o anillo, compuesta de gas, polvo, planetesimales, asteroides o fragmentos de colisión en órbita alrededor de un planeta. Son reservorios de material a partir de los cuales pueden formarse lunas (o exolunas o subsatélites).[2]​ Este tipo de disco puede manifestarse de diversas maneras.

Disco circumplanetario alrededor del exoplaneta PDS 70c (fuente puntual y nube circundante en el centro de la imagen derecha; el brillo indica el disco circumplanetario de hidrógeno caliente),[1]​ dentro de un disco circunestelar (imagen izquierda).

En agosto de 2018, astrónomos reportaron la probable detección de un disco circumplanetario alrededor de la estrella CS Cha B.[3]​ Los autores afirman que «el sistema CS Cha es el único en el que probablemente está presente un disco circumplanetario junto con un disco circunestelar resuelto».[4]​ Sin embargo, en 2020, los parámetros de CS Cha B fueron revisados, identificándolo como una enana roja en acreción, lo que hace que el disco sea circunestelar.[5]​

Teoría

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Simulación hidrodinámica de la parte interna de un disco circumplanetario tras añadir exolunas. Simulación de Sol y otros.[6]​

Un planeta gigante se forma principalmente mediante acrecion del núcleo. En este escenario, un núcleo se forma por la acreción de sólidos pequeños. Una vez que el núcleo es lo suficientemente masivo, puede crear un hueco en el disco circunestelar alrededor de la estrella anfitriona. El material fluirá desde los bordes del disco circunestelar hacia el planeta en corrientes y alrededor del planeta formará un disco circumplanetario. Por lo tanto, un disco circumplanetario se forma durante la etapa tardía de la formación de planetas gigantes.[7]​[8]​ El tamaño del disco está limitado por el radio de Hill. Un disco circumplanetario tendrá un tamaño máximo de 0,4 veces el radio de Hill.[9]​[10]​ El disco también tiene una «zona muerta» en el plano medio que no es turbulenta y una superficie de disco turbulenta. La zona muerta es una región favorable para la formación de satélites (exolunas).[11]​ El disco circumplanetario pasará por diferentes etapas de evolución. Se propuso una clasificación similar a la de los objetos estelares jóvenes. En la etapa inicial, el disco circumplanetario estará lleno. Los satélites recién formados crearán un hueco cerca del planeta, convirtiendo el disco en un disco «transicional». En la última etapa, el disco está lleno, pero tiene una baja densidad y puede clasificarse como «evolucionado».[6]​ Además de un disco circumplanetario, un protoplaneta también puede generar un flujo de salida.[12]​[13]​ Uno de estos flujos salientes se ha identificado a través del SiS (monosulfuro de silicio) de choque para HD 169142b.[14]​

Los discos circumplanetarios son consistentes con la formación de los satélites galileanos. Los modelos anteriores no eran consistentes con la composición helada de las lunas y la diferenciación incompleta de Calisto. Un disco circumplanetario con un flujo de entrada de 2*10−7 MJ/año de gas y sólidos fue consistente con las condiciones necesarias para formar las lunas, incluyendo la baja temperatura durante la etapa tardía de la formación de Júpiter.[15]​ Pero simulaciones posteriores encontraron que el disco circumplanetario era demasiado caliente para que los satélites se formaran y sobrevivieran.[16]​[10]​ Esto se resolvió más tarde al introducir la zona muerta dentro de los discos circumplanetarios, que es una región favorable para la formación de satélites y explica la órbita compacta de los satélites galileanos.[11]​

Candidatos alrededor de otros exoplanetas

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También se han detectado posibles discos circumplanetarios alrededor de exoplanetas, HD 100546 b,[17]​ AS 209 b[18]​ y HD 169142 b[19]​ o compañeros de masa planetaria (10-20 MJ, separación ≥100 UA), como GSC 06214-00210 b[20]​ y DH Tauri b.[21]​

Se detectó un disco en submilimétrico con Atacama Large Millimeter Array (ALMA) alrededor de SR 12 c, un compañero de masa planetaria. SR 12 c podría no haberse formado a partir del material del disco circunestelar de la estrella anfitriona SR 12, por lo que no se consideraría un verdadero disco circumplanetario. Los discos compañeros de masa planetaria son relativamente comunes alrededor de objetos jóvenes y son más fáciles de estudiar en comparación con los discos circumplanetarios.[22]​ El protoplaneta Delorme 1 (AB)b muestra fuertes evidencias de acreción desde un disco circumplanetario, pero el disco no ha sido detectado en el infrarrojo hasta ahora (septiembre de 2024).[23]​ Se detectó un disco alrededor del planeta YSES 1b con el Telescopio Espacial James Webb. El disco muestra emisión por granos de olivino pequeños y calientes. Esto se considera evidencia de colisiones entre satélites que se forman dentro del disco.[24]​

Se detectaron varios discos alrededor de objetos de masa planetaria aislados cercanos. Los discos alrededor de estos objetos dentro de 300 parsecs se encontraron en el Nube de Rho Ophiuchi,[25]​ Complejo de Tauro (por ejemplo, KPNO-Tau 12),[25]​[26]​ Nube de Lupus I[27]​ y el Complejo de Camaleón (por ejemplo, los bien estudiados OTS 44 y Cha 110913−773444[28]​). Un objeto notable cercano con disco de flotación libre es 2MASS J11151597+1937266, que está a solo 45 parsecs de distancia. Podría ser un objeto de masa planetaria o una enana marrón de baja masa.[29]​ Estos objetos con discos son de flotación libre y, la mayoría de las veces, se denominan discos circunestelares, a pesar de ser probablemente similares a los discos circumplanetarios.

Se sospechaba que 2M1207b tenía un disco circumplanetario en el pasado.[30]​ Nuevas observaciones desde JWST/NIRSpec pudieron confirmar la acreción desde un disco no visible al detectar emisión de hidrógeno y helio. Sin embargo, la clasificación de un disco circumplanetario está en disputa porque 2M1207b (o 2M1207B) podría clasificarse como un binario junto con 2M1207A y no como un exoplaneta. Esto haría que el disco alrededor de 2M1207b sea un disco circunestelar, a pesar de no estar alrededor de una estrella, sino alrededor de un objeto de masa planetaria de 5-6 MJ.[31]​

PDS 70

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Artículo principal: PDS 70

El disco alrededor del planeta C del sistema PDS 70 es la mejor evidencia de un disco circumplanetario en el momento de su descubrimiento. El exoplaneta forma parte del sistema estelar multiplanetario PDS 70, a unos 370 años luz (110 pársecs) de la Tierra.[32]​

PDS 70b

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En junio de 2019, astrónomos reportaron la detección de evidencia de un disco circumplanetario alrededor de PDS 70b[33]​ utilizando espectroscopia y firmas de acreción. Ambos tipos de estas firmas habían sido detectadas previamente para otros candidatos planetarios. Una caracterización posterior en infrarrojo no pudo confirmar la evidencia espectroscópica para el disco alrededor de PDS 70b y reporta evidencia débil de que los datos actuales favorecen un modelo con un solo componente de cuerpo negro.[34]​ Observaciones interferométricas con el Fine Guidance Sensor and Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph del Telescopio Espacial James Webb y datos archivados encontraron evidencia tentativa de que PDS 70b tiene un disco circumplanetario.[35]​

PDS 70c

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En julio de 2019, astrónomos reportaron la primera detección usando el Atacama Large Millimeter Array (ALMA)[36]​[37]​[38]​ de un disco circumplanetario.[36]​[37]​[39]​ Los estudios de ALMA, usando longitudes de onda milimétricas y submilimétricas, son mejores para observar polvo concentrado en regiones interplanetarias, ya que las estrellas emiten comparativamente poca luz en estas longitudes de onda, y porque las observaciones ópticas a menudo están oscurecidas por el resplandor abrumador de la estrella anfitriona brillante. El disco circumplanetario fue detectado alrededor de un exoplaneta joven masivo, similar a Júpiter, PDS 70c.[36]​[37]​[39]​

Según Andrea Isella, investigador principal de la Universidad Rice en Houston (Texas), «por primera vez, podemos ver concluyentemente los signos reveladores de un disco circumplanetario, lo que ayuda a respaldar muchas de las teorías actuales de formación planetaria. Al comparar nuestras observaciones con las imágenes de alta resolución en infrarrojo y ópticas, podemos ver claramente que una concentración de partículas de polvo diminutas de otra manera enigmática es en realidad un disco de polvo que rodea al planeta, la primera característica de este tipo observada concluyentemente».[38]​ Jason Wang de Caltech, investigador principal de otra publicación, describe: «si un planeta parece estar situado encima del disco, lo cual es el caso de PDS 70c»[40]​ entonces la señal alrededor de PDS 70c necesita estar espacialmente separada del anillo exterior, lo que no era el caso en 2019. Sin embargo, en julio de 2021 se presentaron datos de mayor resolución, concluyentemente resueltos.[41]​

El planeta PDS 70c se detecta en H-alfa, lo que se considera evidencia de que acreta material del disco circumplanetario a una tasa de 10−8±0.4 MJ por año.[42]​ Desde observaciones de ALMA se mostró que este disco tiene un radio menor a 1,2 unidades astronómicas (UA) o un tercio del radio de Hill. La masa de polvo se estimó en alrededor de 0,007 o 0,031 M🜨 (0,57 a 2,5 masas de la Luna), dependiendo del tamaño de grano utilizado para el modelado.[41]​ Un modelado posterior mostró que el disco alrededor de PDS 70c es ópticamente grueso y tiene una masa de polvo estimada de 0,07 a 0,7 M🜨 (5,7 a 57 masas de la Luna). La masa total (polvo+gas) del disco debería ser mayor. La luminosidad del planeta es el mecanismo de calentamiento dominante dentro de 0,6 UA del disco circumplanetario. Más allá de eso, los fotones de la estrella calientan el disco.[43]​ Observaciones con JWST NIRCam mostraron una gran característica en forma de espiral cerca de PDS 70c. Esta característica solo se ve después de que se eliminó el disco alrededor de PDS 70. Parte de esta característica en forma de espiral se interpretó como una corriente de acreción que alimenta el disco circumplanetario alrededor de PDS 70c.[44]​

Véase también

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Referencias

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Enlaces externos

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  • Galería de imágenes de discos de polvo circunestelar (Paul Kalas; "Sitio de aprendizaje") (en inglés)
  • Vídeo (1:20) − Disco circumplanetario formador de lunas en YouTube. (ESO; Julio 2021) (en inglés)
  •   Datos: Q76600247

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