El telescopio Webb revela un misterioso tesoro de carbono alrededor de una estrella joven

Ésta es la impresión artística de una estrella joven rodeada por un disco de gas y polvo. Un equipo internacional de astrónomos utilizó el telescopio espacial James Webb de la NASA para estudiar el disco alrededor de una estrella joven de muy baja masa conocida como ISO-ChaI 147. Los resultados revelan la química de hidrocarburos más rica jamás vista hasta la fecha en un disco protoplanetario. Crédito: NASA/JPL-Caltech

Utilizando el Telescopio espacial James WebbLos científicos han descubierto una rica variedad de moléculas de carbono en un disco protoplanetario alrededor de una estrella de baja masa, lo que sugiere un tipo único de entorno de formación de planetas que puede conducir a la creación de planetas pobres en carbono.

Un equipo internacional de astrónomos estudió el disco de gas y polvo que rodea a una estrella joven de muy baja masa utilizando NASATelescopio espacial James Webb (JWST). Los resultados revelan el mayor número de moléculas que contienen carbono observadas en un disco de este tipo hasta la fecha. Estos hallazgos tienen implicaciones para la composición potencial de cualquier planeta que pueda formarse alrededor de esta estrella.

Implicaciones para la formación de planetas

Los planetas rocosos tienen más probabilidades que los gigantes gaseosos de formarse alrededor de estrellas de baja masa, lo que los convierte en los planetas más comunes alrededor de las estrellas más comunes de nuestra galaxia. Se sabe poco sobre la química de estos mundos, que pueden ser muy similares o muy diferentes a la Tierra. Al estudiar los discos a partir de los cuales se forman dichos planetas, los astrónomos esperan comprender mejor el proceso de formación de planetas y las composiciones de los planetas resultantes.

Los discos de formación de planetas alrededor de estrellas de muy baja masa son difíciles de estudiar porque son más pequeños y más débiles que los discos alrededor de estrellas de gran masa. Un programa llamado MIRI (Mid-Infrared Instrument) Mid-INFRARED Disk Survey (MINDS) tiene como objetivo utilizar las capacidades únicas de Webb para construir un puente entre el inventario químico de los discos y las propiedades de los exoplanetas.

«Webb tiene mejor sensibilidad y resolución espectral que los telescopios espaciales infrarrojos anteriores», explicó el autor principal Aditya Arabhavi de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. «Estas observaciones no son posibles desde la Tierra porque las emisiones del disco están bloqueadas por nuestra atmósfera».

El espectro de la estrella ISO-ChaI 147 revelado por el MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio) del Telescopio Espacial James Webb de la NASA muestra la mayor química de hidrocarburos vista hasta la fecha en un disco protoplanetario, que consta de 13 moléculas portadoras de carbono. Esto incluye la primera detección extrasolar de etano (C2H6). El equipo también detectó con éxito etileno (C2H4), propino (C3H4) y el radical metilo CH3, por primera vez en un disco protoplanetario. Crédito: NASA, ESA, CSA, R. Crawford (STScI)

Descubrimientos innovadores en química exoplanetaria

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 entre 1 y 2 millones de años que pesa sólo 0,11 veces la masa del Sol. El espectro revelado por el MIRI de Webb muestra la química de hidrocarburos más rica vista hasta la fecha en un disco protoplanetario: un total de 13 moléculas diferentes que contienen carbono. Los hallazgos del equipo incluyen la primera detección de etano (C₂h₆) fuera de nuestro sistema solar, así como etileno (C₂h₄), propina (C₃h₄), y el radical metilo CH₃.

«Estas moléculas ya han sido descubiertas en nuestro sistema solar, por ejemplo en cometas como 67P/Churyumov–Gerasimenko y C/2014 Q2 (Lovejoy)», añadió Arabhavi. «Webb nos permitió comprender que estas moléculas de hidrocarburos no sólo son diversas sino también abundantes. Es sorprendente que ahora podamos ver la danza de estas moléculas en las cunas planetarias. Es un entorno muy diferente que forma el planeta de lo que normalmente pensamos».

El equipo señala que estos resultados tienen importantes implicaciones para la química del disco interior y los planetas que pueden formarse allí. Dado que Webb reveló que el gas del disco es tan rico en carbono, es probable que quede algo de carbono en los materiales sólidos a partir de los cuales se forman los planetas. Como resultado, los planetas que puedan formarse allí pueden, en última instancia, ser pobres en carbono. (La Tierra misma se considera pobre en carbono).

«Esto es profundamente diferente de la composición que vemos en los discos alrededor de estrellas de tipo solar, donde dominan las moléculas portadoras de oxígeno, como el agua y el dióxido de carbono», añadió Inga Kamp, miembro del equipo y también de la Universidad de Groningen. «Este artículo establece que se trata de una clase única de artículos».

«Es increíble que podamos detectar y cuantificar la cantidad de moléculas que conocemos bien en la Tierra, como el benceno, en un objeto a más de 600 años luz de distancia», añadió Agnés Perrin, miembro del equipo del Centro Nacional de la Investigación Científica. en Francia.

Direcciones de investigación futuras

A continuación, el equipo científico pretende ampliar su estudio a una muestra más grande de estos discos alrededor de estrellas de muy baja masa para desarrollar su comprensión de cuán comunes o exóticas son estas regiones de formación de planetas terrestres ricos en carbono. «Ampliar nuestro estudio también nos permitirá comprender mejor cómo se pueden formar estas moléculas», explicó el miembro del equipo e investigador principal del programa MINDS, Thomas Henning, del Instituto Max-Planck de Astronomía en Alemania. «Varias características de los datos de Webb siguen sin identificarse, por lo que se necesita más espectroscopia para interpretar completamente nuestras observaciones».

Este trabajo también destaca la necesidad crucial de que los científicos colaboren en todas las 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 e investigar nuevas características en este rango de longitud de onda.

Para obtener más información sobre este descubrimiento, consulte Webb desenmascara los secretos ricos en carbono de los discos protoplanetarios.

Referencia: «Abundantes hidrocarburos en el disco alrededor de una estrella de muy baja masa» por AM Arabhavi, I. Kamp, Th. Henning, EF van Dishoeck, V. Christiaens, D. Gasman, A. Perrin, M. Güdel, B. Tabone, J. Kanwar, LBFM Waters, I. Pascucci, M. Samland, G. Perotti, G. Bettoni, SL Grant, PO Lagage, TP Ray, B. Vandenbussche, O. Absil, I. Argyriou, D. Barrado, A. Boccaletti, J. Bouwman, A. Caratti o Garatti, AM Glauser, F. Lahuis, M. Mueller, G . Olofsson, E. Pantin, S. Scheithauer, M. Morales-Calderón, R. Franceschi, H. Jang, N. Pawellek, D. Rodgers-Lee, J. Schreiber, K. Schwarz, M. Temmink, M. Vlasblom. , G. Wright, L. Colina y G. Östlin, 6 de junio de 2024, Ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adi8147

El Telescopio Espacial James Webb es el primer observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y buscando las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional liderado por la NASA con sus socios, la ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense).