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Disco circumplanetario

Disco circumplanetario alrededor del exoplaneta PDS 70c (fuente puntual en el lado derecho)

Un disco circumplanetario (o disco circumplanetario, abreviado como CPD ) es una acumulación de materia en forma de toro , panqueque o anillo compuesta de gas , polvo , planetesimales , asteroides o fragmentos de colisión en órbita alrededor de un planeta . Son depósitos de material a partir del cual se pueden formar lunas (o exolunas o subsatélites ). [1] Un disco de este tipo puede manifestarse de diversas formas.

En agosto de 2018, los astrónomos informaron de la probable detección de un disco circumplanetario alrededor de CS Cha B. [2] Los autores afirman que "el sistema CS Cha es el único sistema en el que es probable que exista un disco circumplanetario, así como un disco circunestelar resuelto". [3] Sin embargo, en 2020, se revisaron los parámetros de CS Cha B, convirtiéndola en una estrella enana roja en acreción y haciendo que el disco sea circunestelar . [4]

Teoría

Simulación hidrodinámica de la parte interna de un disco circumplanetario después de que se le añadieran exolunas. Simulación de Sun et al. [5]

Un planeta gigante se formará principalmente a través de la acreción del núcleo . En este escenario, un núcleo se forma a través de la acreción de pequeños sólidos. Una vez que el núcleo es lo suficientemente masivo, podría 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 última etapa de la formación de un planeta gigante. [6] [7] El tamaño del disco está limitado por el radio de Hill . Un disco circumplanetario tendrá un tamaño máximo de disco de 0,4 veces el radio de Hill. [8] [9] 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). [10] El disco circumplanetario pasará por diferentes etapas de evolución. Se propuso una clasificación similar a 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 "de transición". En la última etapa, el disco está lleno, pero tiene una densidad baja y puede clasificarse como "evolucionado". [5] Además de un disco circumplanetario, un protoplaneta también puede generar un flujo de salida. [11] [12] Uno de estos flujos de salida se identifica a través del SiS impactado para HD 169142b . [13]

Los discos circumplanetarios son consistentes con la formación de los satélites galileanos . Los modelos más antiguos de la época no eran consistentes con la composición helada de las lunas y la diferenciación incompleta de Calisto . Un disco circumplanetario con una entrada de 2*10 -7 M J /año de gas y sólidos era consistente con las condiciones necesarias para la formación de las lunas, incluida la baja temperatura durante la última etapa de la formación de Júpiter . [14] Pero simulaciones posteriores encontraron que el disco circumplanetario era demasiado caliente para que los satélites se formaran y sobrevivieran. [15] [9] Esto se resolvió más tarde introduciendo 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. [10]

Candidatos alrededor de otros exoplanetas

También se han detectado posibles discos circumplanetarios alrededor de exoplanetas, HD 100546 b , [16] AS 209 b [17] y HD 169142 b [18] o compañeros de masa planetaria (PMC; 10-20 M J , separación ≥100 AU), como GSC 06214-00210 b [19] y DH Tauri b . [20]

ALMA detectó un disco en sub-milimetros 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 podría considerarse un verdadero disco circumplanetario. Los discos PMC son relativamente comunes alrededor de objetos jóvenes y son más fáciles de estudiar en comparación con los discos circumplanetarios. [21] El protoplaneta Delorme 1 (AB)b muestra evidencia sólida de acreción a partir de un disco circumplanetario, pero hasta ahora (septiembre de 2024) el disco no se detecta en el infrarrojo. [22]

Se detectaron varios discos alrededor de objetos planetarios aislados cercanos . Se encontraron discos alrededor de dichos objetos dentro de los 300 parsecs en el complejo Rho Ophiuchi , [23] el complejo Tauro (por ejemplo, KPNO-Tau 12), [23] [24] la nube Lupus I [25] y el complejo Camaleón (por ejemplo, los bien estudiados OTS 44 y Cha 110913−773444 [26] ). Un notable objeto cercano que flota libremente y que lleva un disco 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. [27] Estos objetos con discos flotan libremente y la mayoría de las veces se denominan discos circunestelares, a pesar de que probablemente sean similares a los discos circumplanetarios.

En el pasado se sospechaba que 2M1207b tenía un disco circumplanetario. [28] Nuevas observaciones de JWST / NIRSpec pudieron confirmar la acreción de un disco invisible al detectar la emisión de hidrógeno y helio. Sin embargo, la clasificación de un disco circumplanetario está en disputa porque 2M1207b (o 2M1207B) podría clasificarse como un sistema 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 M Jup . [29]

PDS70

El disco que rodea al planeta c del sistema PDS 70 es la mejor evidencia de que existía 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 parsecs) de la Tierra. [30]

PDS70b

En junio de 2019, los astrónomos informaron sobre la detección de evidencia de un disco circumplanetario alrededor de PDS 70b [31] mediante espectroscopia y firmas de acreción. Ambos tipos de estas firmas se habían detectado previamente para otros candidatos planetarios. Una caracterización infrarroja posterior no pudo confirmar la evidencia espectroscópica del disco alrededor de PDS 70b y reporta evidencia débil de que los datos actuales favorecen un modelo con un solo componente de cuerpo negro. [32] Las observaciones interferométricas con JWST NIRISS y datos archivados encontraron que PDS 70b tiene un disco circumplanetario. [33]

PDS70c

En julio de 2019, los astrónomos informaron sobre la primera detección de un disco circumplanetario utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) [34] [35] [36] . [34] [35] [37] Los estudios de ALMA, que utilizan longitudes de onda milimétricas y submilimétricas , son mejores para observar el polvo concentrado en regiones interplanetarias, ya que las estrellas emiten comparativamente poca luz en estas longitudes de onda y las observaciones ópticas a menudo se ven oscurecidas por el resplandor abrumador de la estrella anfitriona brillante. El disco circumplanetario se detectó alrededor de un exoplaneta masivo joven similar a Júpiter , PDS 70c . [34] [35] [37]

Según Andrea Isella, investigador principal de la Universidad Rice en Houston, Texas , "por primera vez, podemos ver de manera concluyente los signos reveladores de un disco circumplanetario, lo que ayuda a respaldar muchas de las teorías actuales sobre la formación de planetas ... Al comparar nuestras observaciones con las imágenes infrarrojas y ópticas de alta resolución , podemos ver claramente que una concentración enigmática de pequeñas partículas de polvo es en realidad un disco de polvo que rodea a un planeta, la primera característica de este tipo jamás observada de manera concluyente". [36] Jason Wang de Caltech, investigador principal de otra publicación, describe que "si un planeta parece estar situado encima del disco, que es el caso de PDS 70c" [38], entonces la señal alrededor de PDS 70c debe estar separada espacialmente del anillo exterior, no es el caso en 2019. Sin embargo, en julio de 2021 se presentaron datos de mayor resolución y resolución concluyente. [39]

El planeta PDS 70c se detecta en H-alfa , lo que se considera una evidencia de que acumula material del disco circumplanetario a una velocidad de 10−8 ± 0,4 M J por año. [40] A partir de observaciones de ALMA se demostró 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 alrededor de 0,007 o 0,031 M E (0,57 a 2,5 masas lunares ), dependiendo del tamaño de grano utilizado para el modelado. [39] El 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 E (5,7 a 57 masas lunares). 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 CPD. Más allá de eso, los fotones de la estrella calientan el disco. [41] Las observaciones con JWST NIRCam mostraron una gran característica similar a una espiral cerca de PDS 70c. Esta característica solo se observa después de que se retiró 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. [42]

Véase también

Referencias

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