Figura 1: Impresión artística de un disco protoplanetario alrededor de una estrella de muy baja masa. Representa una selección de moléculas de hidrocarburos (metano, CH4; etano, C2H6; etileno, C2H2; diacetileno, C4H2; propino, C3H4; benceno, C6H6) detectadas en el disco alrededor de ISO-ChaI 147.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / MPIA
Estos descubrimientos tienen implicaciones sobre la composición potencial de los planetas en formación alrededor de esta estrella. Estos resultados, publicados en la revista Science el jueves 6 de junio, fueron obtenidos en el marco del programa de tiempo garantizado del instrumento MIRI, desarrollado por un consorcio de laboratorios en Europa y Estados Unidos.
El estudio de los discos protoplanetarios
Los planetas rocosos son muy comunes alrededor de estrellas de muy baja masa (menos de 0,3 masas solares), como lo demuestra el famoso sistema planetario TRAPPIST-1.
Sin embargo, se sabe poco sobre la química de estos mundos, que pueden ser semejantes o muy diferentes de la Tierra. Al estudiar los discos a partir de los cuales se forman estos planetas, llamados discos protoplanetarios, los astrónomos esperan comprender mejor el proceso de formación de planetas y la composición de los planetas resultantes.
Figura 2: Impresión artística de una joven estrella rodeada de un disco de gas y polvo.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
Los discos protoplanetarios alrededor de estrellas de muy baja masa (véase la Figura 2) son difíciles de estudiar porque son más pequeños y menos luminosos que los discos alrededor de estrellas más masivas. El programa llamado MIRI Mid-INfrared Disk Survey (MINDS) tiene como objetivo utilizar las capacidades únicas del telescopio espacial James Webb (JWST) para vincular las propiedades de los discos con las propiedades de los exoplanetas.
Figura 3: Este gráfico representa el espectro del disco protoplanetario alrededor de la estrella ISO-ChaI-147 revelado por el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument) del telescopio espacial James Webb. El espectro muestra la química de hidrocarburos más rica observada hasta ahora en un disco protoplanetario, con 13 moléculas carbonadas, incluyendo la primera detección extrasolar de etano (C2H6) y la primera detección de etileno (C2H4), propino (C3H4) y radical metilo (CH3) en un disco.
Créditos: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)
Un cóctel de moléculas detectado alrededor de la joven estrella ISO-ChaI-147
En un nuevo estudio, este equipo exploró la región alrededor de una estrella de muy baja masa conocida como ISO-ChaI-147, una estrella de 1 a 2 millones de años de edad, cuya masa es solo 0,11 veces la del Sol.
El espectro revelado por el instrumento MIRI del JWST muestra la química de hidrocarburos más rica observada hasta ahora en un disco protoplanetario: un total de 13 moléculas carbonadas diferentes (véase la Figura 3). El equipo detectó por primera vez etano (C2H6) fuera de nuestro sistema solar, así como etileno (C2H4), propino (C3H4) y el radical metilo CH3.
"Es increíble que podamos detectar y cuantificar la cantidad de moléculas que conocemos bien en la Tierra, como el benceno, en un objeto situado a más de 600 años luz", explica Agnès Perrin, investigadora del CNRS en el Laboratorio de Meteorología Dinámica (LMD - CNRS/ENS-PSL/IPP/Sorbonne Université).
"El año pasado, ya habíamos descubierto una gran cantidad de acetileno (C2H2), diacetileno (C4H2) y benceno (C6H6) en un disco alrededor de una estrella similar. Aquí se descubre un cóctel aún más rico de moléculas, confirmando que los discos alrededor de este tipo de estrella son verdaderas fábricas de hidrocarburos", añade Benoît Tabone, investigador del CNRS en el Instituto de Astrofísica Espacial (IAS - Université Paris-Saclay/CNRS).
¿Una visión más precisa de los discos alrededor de estrellas de muy baja masa?
Estos resultados tienen implicaciones importantes para la química del disco interno y de los planetas que podrían formarse en él. Como el JWST ha revelado que el gas presente en el disco es rico en carbono, es probable que quede poco carbono en los materiales sólidos a partir de los cuales se formarían los planetas. Por lo tanto, los planetas rocosos que podrían formarse serían finalmente pobres en carbono.
Vídeo del espectro del disco protoplanetario de la estrella ISO-ChaI-147, capturado por el instrumento MIRI del telescopio JWST, mostrando el movimiento típico de las moléculas responsables de la absorción en el espectro.
Créditos: MPIA
Estos trabajos subrayan la necesidad crucial de que los científicos colaboren entre diferentes disciplinas. El equipo señala que estos resultados y los datos que los acompañan pueden contribuir a otros campos, incluida la física teórica, la química y la astroquímica, para interpretar los espectros y estudiar nuevas firmas espectroscópicas de moléculas en esta gama de longitudes de onda.