Los científicos están siguiendo las señales de neón en busca de pistas sobre el futuro de un sistema planetario y el pasado de otro: nuestro propio sistema solar. Siguiendo una lectura peculiar realizada por el anterior observatorio insignia de infrarrojos de la NASA, el ahora retirado Telescopio Espacial Spitzer, el Telescopio Espacial James Webb de la agencia detectó distintos rastros del elemento neón en el disco de polvo que rodea a la joven estrella similar al Sol SZ Chamaelontis (SZ Cha ).
Imagen: Disco protoplanetario SZ Chamaeleontis (concepto artístico)
En este concepto artístico, la joven estrella SZ Chamaeleontis (SZ Cha) está rodeada por un disco de polvo y gas con potencial para formar un sistema planetario. Una vez nuestro sistema solar se veía así, antes de que se formaran planetas, lunas y asteroides. Los ingredientes básicos, incluidos los de la vida en la Tierra, estaban presentes en el disco protoplanetario del Sol. SZ Cha emite radiación en múltiples longitudes de onda que están evaporando el disco. Los planetas están en una carrera contra el tiempo para formarse antes de que el disco de material se evapore por completo. El telescopio espacial James Webb de la NASA observó condiciones típicas en el disco: estaba siendo bombardeado principalmente por rayos X. Sin embargo, cuando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA observó el disco en 2008, vio una escena diferente, dominada por luz ultravioleta extrema (EUV), indicada por la presencia de un tipo específico de neón en el disco. Estas diferencias son significativas porque los planetas tendrían más tiempo para formarse a partir de un disco dominado por EUV. Los astrónomos están investigando la causa de la diferencia entre las lecturas de Webb y Spitzer, y piensan que puede deberse a la presencia (o no) de un fuerte viento que, cuando está activo, absorbe el EUV, dejando que los rayos X golpeen el disco.
Las diferencias en las lecturas de neón entre Spitzer y Webb apuntan a un cambio nunca antes observado en la radiación de alta energía que llega al disco, lo que eventualmente hace que se evapore, limitando el tiempo que tienen los planetas para formarse.
“¿Cómo llegamos aquí? Realmente se remonta a esa gran pregunta, y SZ Cha es el mismo tipo de estrella joven, una estrella T-Tauri , como lo era nuestro Sol hace 4.500 millones de años en los albores del sistema solar”, dijo la astrónoma Catherine Espaillat de la Universidad de Boston. , en Massachusetts, quien dirigió tanto las observaciones de Spitzer de 2008 como los resultados de Webb recientemente publicados . “Las materias primas para la Tierra, y eventualmente para la vida, estaban presentes en el disco de material que rodeó al Sol después de su formación, por lo que estudiar estos otros sistemas jóvenes es lo más cerca que podemos estar de retroceder en el tiempo para ver cómo funciona nuestro propio planeta. La historia comenzó”.
Los científicos utilizan el neón como indicador de cuánta y qué tipo de radiación golpea y erosiona el disco alrededor de una estrella. Cuando Spitzer observó SZ Cha en 2008, vio un caso atípico, con lecturas de neón diferentes a cualquier otro disco T-Tauri joven. La diferencia fue la detección de neón III , que normalmente es escaso en los discos protoplanetarios que están siendo golpeados por rayos X de alta energía. Esto significaba que la radiación de alta energía en el disco SZ Cha provenía de luz ultravioleta (UV) en lugar de rayos X. Además de ser el único resultado extraño en una muestra de 50 a 60 discos estelares jóvenes, la diferencia entre los rayos UV y los rayos X es significativa para la vida útil del disco y sus planetas potenciales.
Imagen: Gas neón en disco protoplanetario
Datos contrastantes de los telescopios espaciales James Webb y Spitzer de la NASA muestran cambios en el disco que rodea a la estrella SZ Chamaeleontis (SZ Cha) en sólo 15 años. En 2008, la detección por parte de Spitzer de un importante neón III convirtió a SZ Cha en un caso atípico entre discos protoplanetarios jóvenes similares. Sin embargo, cuando Webb hizo un seguimiento de SZ Cha en 2023, la proporción de neón II a III estaba dentro de los niveles típicos. Todo esto es significativo porque los discos protoplanetarios son materia de futuros sistemas planetarios, y esos planetas potenciales están en una carrera contra el tiempo. Los astrónomos utilizan el neón como indicador de la radiación dominante que golpea el disco y provoca su evaporación. Cuando predomina la luz ultravioleta extrema, hay más neón III. Ésa es la circunstancia inusual que Spitzer observó en 2008. Normalmente, un disco está dominado por la radiación de rayos X, que evapora el disco más rápidamente, dejando a los planetas menos tiempo para formarse. Los investigadores creen que las dramáticas diferencias en las detecciones de neón son el resultado de un viento que, cuando está presente, absorbe la luz ultravioleta y deja que los rayos X golpeen el disco. Continuarán utilizando Webb para encontrar otros ejemplos de variabilidad en las condiciones del disco, trabajando para comprender mejor cómo se desarrollan los sistemas planetarios alrededor de estrellas similares al Sol.
“Los planetas están esencialmente en una carrera contra el tiempo para formarse en el disco antes de que se evapore”, explicó Thanawuth Thanathibodee de la Universidad de Boston, otro astrónomo del equipo de investigación. “En los modelos informáticos de sistemas en desarrollo, la radiación ultravioleta extrema permite 1 millón de años más de formación de planetas que si la evaporación fuera causada predominantemente por rayos X”.
Entonces, SZ Cha ya era todo un enigma cuando el equipo de Espaillat volvió a estudiarlo con Webb, solo para encontrar una nueva sorpresa: la inusual firma de neón III prácticamente había desaparecido, lo que indica el predominio típico de la radiación de rayos X.
El equipo de investigación cree que las diferencias en las firmas de neón en el sistema SZ Cha son el resultado de un viento variable que, cuando está presente, absorbe la luz ultravioleta y deja que los rayos X golpeen el disco. Los vientos son comunes en un sistema con una estrella energética recién formada, dice el equipo, pero es posible atrapar el sistema durante un período tranquilo y sin viento, que es lo que hizo Spitzer.
“Tanto los datos de Spitzer como los de Webb son excelentes, por lo que sabíamos que tenía que ser algo nuevo lo que estábamos observando en el sistema SZ Cha: un cambio significativo en las condiciones en sólo 15 años”, añadió el coautor Ardjan Sturm de la Universidad de Leiden, Leiden. , Países Bajos.
El equipo de Espaillat ya está planeando más observaciones de SZ Cha con Webb, así como con otros telescopios, para llegar al fondo de sus misterios. “Será importante estudiar SZ Cha y otros sistemas jóvenes, en múltiples longitudes de onda de luz, como rayos X y luz visible, para descubrir la verdadera naturaleza de esta variabilidad que hemos encontrado”, dijo la coautora Caeley Pittman de Universidad de Boston. “Es posible que períodos breves y tranquilos dominados por una radiación ultravioleta extrema sean comunes en muchos sistemas planetarios jóvenes, pero simplemente no hemos podido detectarlos”.
“Una vez más, el universo nos muestra que ninguno de sus métodos es tan simple como nos gustaría que fuera. Necesitamos repensar, reobservar y recopilar más información. Estaremos siguiendo los letreros de neón”, dijo Espaillat.
Esta investigación ha sido aceptada para su publicación en Astrophysical Journal Letters .
El Telescopio Espacial James Webb es el principal observatorio científico espacial del mundo. Webb está resolviendo misterios en nuestro sistema solar, mirando más allá, hacia mundos distantes alrededor de otras estrellas, y explorando 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 la Agencia Espacial Canadiense.
