Trampas de polvo, el vínculo perdido en la formación de planetas

En concreto, los experimentos describen fragmentos de tamaño de guijarros que se acumulan y se pegan, para crecer en los bloques de construcción de los planetas. Los resultados del estudio se publican Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Nuestro Sistema Solar, y otros sistemas planetarios, comenzaron la vida con discos de gas y granos de polvo alrededor de una estrella joven. Los procesos que convierten a estos pequeños granos, cada uno con unas pocas millonésimas de metro (una micra) de diámetro, en agregados de unos pocos centímetros de tamaño, y el mecanismo para hacer planetesimales de un kilómetro en núcleos planetarios, son bien comprendidos.

La etapa intermedia, que toma piedritas y las une en objetos del tamaño de asteroides, es menos clara, pero con más de 3.500 planetas ya encontrados alrededor de otras estrellas, todo el proceso debe ser omnipresente.

Jean-Francois Gonzalez, del Centro de Investigación Astrofísica de Lyon, en Francia, dirigió la nueva obra. Comenta: "Hasta ahora hemos luchado para explicar cómo los guijarros pueden unirse para formar planetas, y sin embargo hemos descubierto un gran número de planetas en órbita alrededor de otras estrellas, lo que nos ha llevado a pensar cómo resolver este misterio".

Hay dos barreras principales que deben superarse para que los guijarros se conviertan en planetesimales. En primer lugar, el arrastre de gas sobre los granos de polvo en un disco hace que se desvíen rápidamente hacia la estrella central, donde son destruidos, y no quede ningún material para formar planetas. El segundo desafío es que los granos en crecimiento pueden romperse en colisiones de alta velocidad, rompiéndolas en un gran número de piezas más pequeñas e invirtiendo el proceso de agregación.

Las únicas localizaciones en el planeta que forman discos donde estos problemas pueden ser superados son las llamadas "trampas de polvo". En estas regiones de alta presión, el movimiento de deriva se ralentiza, permitiendo que los granos de polvo se acumulen. Con su velocidad reducida, los granos también pueden evitar la fragmentación cuando chocan.

Hasta ahora, los astrónomos pensaban que las trampas de polvo sólo podían existir en entornos muy específicos, pero las simulaciones por ordenador realizadas por el equipo indican que son muy comunes. Su modelo presta especial atención a la forma en que el polvo en un disco se arrastra sobre el componente de gas. En la mayoría de las simulaciones astronómicas, el gas hace que el polvo se mueva, pero a veces, en los lugares más oscuros, el polvo actúa más fuertemente sobre el gas.

Este efecto, conocido como retro-reacción aerodinámica de arrastre, es generalmente insignificante, por lo que hasta ahora se ha ignorado en estudios de granos de crecimiento y fragmentación. Pero sus efectos se vuelven importantes en ambientes ricos en polvo, como los que se encuentran donde se están formando los planetas.

El efecto de la retro-reacción es disminuir la desviación hacia adentro de los granos, lo que les da tiempo para crecer en tamaño. Una vez suficientemente grandes, los granos son sus propios amos, y el gas ya no puede gobernar su movimiento. El gas, bajo la influencia de esta reacción de retroceso, será empujado hacia fuera y formará una región de alta presión: la trampa de polvo. Estas trampas espontáneas concentran entonces los granos procedentes de las regiones del disco externo, creando un anillo muy denso de sólidos, y dando una mano auxiliar a la formación de planetas.

González concluye: "Estábamos emocionados al descubrir que, con los ingredientes adecuados en su lugar, las trampas de polvo pueden formarse espontáneamente, en una amplia gama de entornos. Esto es una solución simple y robusta a un problema de larga data en la formación de planetas".

Observatorios como ALMA en Chile ya ven anillos brillantes y oscuros en la formación de sistemas planetarios que se cree que son trampas de polvo. González y su equipo, y otros grupos de investigación de todo el mundo, ahora planean extender el modelo de la trampa hasta la formación de planetesimales.