La formación de estrellas y sus sistemas planetarios es un proceso extremadamente complejo. En primer orden, sin embargo, podemos ver las cosas de esta manera: en una vasta nube de gas y polvo, a veces llamada vivero de estrellas, una pequeña área alcanza, por una razón u otra, una densidad crítica que la lleva a colapsar sobre sí misma. En el centro de este “bulto”, cuando la masa alcanza un cierto umbral, la gravedad se vuelve lo suficientemente poderosa como para obligar a los núcleos de los átomos de hidrógeno a fusionarse. Se establece un equilibrio entre la radiación termonuclear (que empuja la materia hacia afuera) y la gravedad (que la atrae hacia adentro), formando una esfera densa y chispeante: nace una estrella.
Durante este proceso, el material comienza a girar naturalmente, bajo el efecto de las pequeñas faltas de homogeneidad del grumo. Esto es un poco como lo que sucede cuando una bañera termina de vaciarse y el agua se enrolla formando un remolino. Alrededor de la estrella, el gas y el polvo residuales forman un disco que gira en el plano ecuatorial. Aquí es donde se formarán los planetas, en los pocos millones de años siguientes al nacimiento de la estrella. Les processus qui s'y déroulent, mélange de collisions et d'accrétion, sans parler du rayonnement intense de l'étoile, sont par nature très instables, ce qui explique au moins en partie l'extrême diversité des systèmes planétaires que nous avons observés hasta ahora.
Como si esta abundancia arremolinada no fuera lo suficientemente compleja en sí misma, también está influenciada... ¡por la poderosa radiación ultravioleta emitida por las estrellas gigantes vecinas! Dos estudios publicados el viernes pasado en Nature Astronomy y el jueves en Science acaban de confirmarlo de forma magnífica gracias a nuevas observaciones realizadas por el monumental telescopio espacial James Webb.
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Se trata de un pequeño disco protoplanetario de la nube de Orión, llamado de manera bastante prosaica d203-506, el tema de este trabajo. Fue identificada por el Telescopio Espacial Hubble observando la "barra de Orión", una zona bastante densa (que forma una especie de cresta oblicua en la esquina inferior izquierda de la imagen superior) situada en el corazón de la nube del mismo nombre, y en los astrónomos sospechaban que probablemente estaban naciendo estrellas. Esta región también está iluminada por las poderosas estrellas del cúmulo Trapecio (centro), gigantes supermasivos cuya radiación ultravioleta (UV) es decenas de miles de veces más intensa que la de nuestro Sol.
Desde la Tierra, el disco d203-506 se ve de canto y oculta la estrella situada en su corazón. Sin embargo, las notables actuaciones del JWST permitieron descubrir una envoltura de gas que forma un capullo a su alrededor. “Se trata, en realidad, de gas hidrógeno calentado hasta mil grados por la potente radiación ultravioleta de las estrellas gigantes vecinas”, explica Olivier Berné, astrofísico del CNRS en el Irap de Toulouse, especialista en estas regiones de formación estelar y primer autor del estudio. estudio publicado en Science. De hecho, las moléculas están tan agitadas que han alcanzado una velocidad suficiente para escapar de la atracción gravitatoria de su estrella, formando esta burbuja que sigue creciendo. En realidad, el disco se está evaporando. “Y pudimos medir con qué rapidez: cada año, una masa de gas equivalente a la de nuestra Tierra se escapa del disco”, especifica el investigador. “Creemos que quedará despojado de todo su gas en menos de 1 millón de años, lo que a priori deja muy poco tiempo para formar gigantes gaseosos como Saturno o Júpiter. »
En otras palabras, las estrellas supermasivas “esculpen” los discos protoplanetarios de sus vecinas con su radiación ultravioleta. “Esta es la primera vez que logramos caracterizar y cuantificar este fenómeno de evaporación en una zona de formación planetaria, es realmente muy impresionante”, comenta Tristan Guillot, astrofísico del Observatorio de la Costa Azul. “Nuestro Sol no se formó en un entorno ultravioleta tan extremo como d203-506, pero aún así debe haber estrellas masivas cercanas que desempeñaron un papel en la evolución de nuestro disco protoplanetario y sus planetas. Esta evaporación podría haber influido notablemente en la composición de Júpiter. »
Esta radiación ultravioleta “extraestelar” también desempeña un papel aún más importante en la química del disco. Este es el tema del segundo estudio publicado en Nature Astronomy, realizado a partir de las mismas observaciones (un cierto número de autores también son comunes a ambos artículos). “Identificamos moléculas OH (un átomo de hidrógeno y un átomo de oxígeno, nota del editor) en dos estados de excitación muy diferentes”, explica Marion Zannese, estudiante de doctorado en el Instituto de Astrofísica Espacial de la Universidad de París Saclay, en Orsay, y primer autor de este estudio. “Un primer estado corresponde a moléculas obtenidas por la disociación del agua bajo la influencia de la radiación UV; y el segundo estado corresponde a las moléculas OH que, en cambio, resultan de una reacción entre dihidrógeno y oxígeno, y constituyen un paso hacia la formación de una molécula de agua. »
En otras palabras, los investigadores ven cómo el agua se destruye y luego se reforma en un ballet incesante. Un ciclo del agua primordial a escala de un sistema planetario. Este proceso tampoco es trivial porque cambiará el contenido de hidrógeno pesado (también llamado deuterio, cuyo núcleo contiene dos neutrones en comparación con solo uno en el hidrógeno "clásico") del agua inicialmente presente en el disco. Esto podría explicar en parte por qué el agua de la Tierra no tiene la misma composición que la observada en las protoestrellas. “Nuestro disco protoplanetario quizá no haya sido tan irradiado por las estrellas vecinas en su parte exterior, pero la radiación ultravioleta procedente del propio Sol podría haber afectado al disco interior donde se formó la Tierra”, estima Marion Zannese.
