Cuando escuchas la frase «brazos en espiral», probablemente piensas en galaxias. Muchas galaxias tienen brillantes arcos de estrellas que se alejan en espiral de su centro, incluida nuestra propia Vía Láctea. Pero no todas las galaxias tienen brazos espirales, y las galaxias no son los únicos objetos celestes con brazos espirales. Alrededor de un tercio de los discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes tienen brazos espirales, y ahora creemos saber por qué.
En las galaxias, los brazos espirales son causados por ondas de densidad dentro del disco galáctico. Las ondas de densidad crean una especie de efecto de atasco de tráfico, donde las estrellas individuales entran y salen de los brazos espirales, pero se mantiene la estructura espiral general. La estructura espiral se mantiene aún más por la mayor densidad de gas y polvo en los brazos, lo que desencadena la producción de estrellas dentro de los brazos.
Los discos protoplanetarios tienen una estructura similar a las galaxias jóvenes. Ambos son un disco plano de gas y polvo que orbita alrededor de una enorme protuberancia central. Pero la diferencia de escala y edad significa que no podemos decir simplemente que los brazos espirales de las galaxias y los discos planetarios tienen la misma causa.
Un modelo para los discos planetarios espirales es que se forman de manera similar a las galaxias espirales. Esencialmente, las inestabilidades gravitatorias dentro del disco provocan fluctuaciones de densidad que evolucionan rápidamente hacia una estructura en espiral. El problema con esta idea es que, a diferencia de las galaxias donde las estrellas solo interactúan gravitacionalmente, el gas dentro de un disco ejerce una presión que rompería la estructura espiral.
Otra idea es que la estructura en espiral se desencadena por la presencia de un gran protoplaneta. Un objeto del tamaño de Júpiter dentro de un disco planetario generaría turbulencia y un tirón gravitacional que podría causar la formación de brazos en espiral, como ondas en un estanque. El único problema con esta idea es que nunca se han visto grandes protoplanetas dentro de un disco protoplanetario en espiral. Es decir, hasta ahora.
Los astrónomos han descubierto un protoplaneta joviano que orbita una estrella joven conocida como MWC 758, que se encuentra a unos 500 años luz de la Tierra. El planeta, llamado MWC 758c, tiene aproximadamente el doble de la masa de Júpiter y orbita su joven estrella a una distancia de aproximadamente 100 UA, o más de tres veces la distancia entre Neptuno y el Sol. El sistema de disco espiral se conoce desde hace algún tiempo, pero las observaciones anteriores no han mostrado evidencia de un planeta. Esto se debe a que el MWC 758c es particularmente rojo, lo que significa que está muy frío o cubierto de mucho polvo. Las longitudes de onda rojas bajas son difíciles de ver para los telescopios terrestres debido al ruido térmico de la atmósfera terrestre. Se necesitó el Interferómetro del Gran Telescopio Binocular (LBTI), que se especializa en observaciones infrarrojas e infrarrojas cercanas, para finalmente observar al gigante gaseoso.
El equipo planea hacer un seguimiento de sus observaciones terrestres con observaciones del Telescopio Espacial James Webb (JWST). Esto debería proporcionar imágenes aún más detalladas que les ayudarán a comprender cómo se formó el planeta y las interacciones entre el planeta y la estructura espiral del sistema.
El sistema MWC 758 tiene solo unos pocos millones de años, pero es bastante similar a nuestro propio sistema solar. Es muy posible que el disco protoplanetario del Sol tuviera una estructura espiral similar, que habría jugado un papel crucial en la formación de la Tierra.
Referencia: Dong, Ruobing, Joan R. Najita y Sean Brittain. “Brazos espirales en discos: ¿planetas o inestabilidad gravitatoria?” El diario astrofísico 862.2 (2018): 103.
Referencia: Wagner, K., et al. “Imágenes directas y espectroscopia de un protoplaneta gigante que conduce brazos espirales en MWC 758.” Astronomía de la Naturaleza (2023).
