El ojo más potente de la humanidad, el telescopio espacial James Webb, ha validado las sorprendentes observaciones realizadas por el venerable (y también telescopio espacial) Hubble y que ponían en crisis los esquemas de formación planetaria.
Un estudio recién publicado, y llevado a cabo por un equipo internacional de científicos, demuestra que alrededor de las primeras generaciones de estrellas del universo pudieron formarse planetas, y durante mucho más tiempo de lo que lo que los astrónomos creían.
Hasta hace pocos años, se pensaba que los discos de material que rodeaban las estrellas, al inicio del cosmos, no habían subsistido el tiempo suficiente como para permitir el crecimiento de planetas. Pero este modelo fue desafiado por el Hubble, en 2003, cuando detectó un mundo casi tan viejo como el mismo universo.
Posteriormente se acumularon nuevos indicios que parecían demostrar que, efectivamente, las estrellas primigenias estuvieron rodeadas de discos formadores de planetas que, en contra de lo que indicaban estudios anteriores, podían perdurar más que los que se detectan en el cosmos actual. Pero ha sido necesario recurrir a la mayor sensibilidad del James Webb para confirmar este hallazgo.
Discos y metales
El mecanismo de formación de un sistema estelar progresa a partir de una nube de material que colapsa lentamente por gravedad, se aplana y empieza a girar. La caída hacia el interior provoca un proceso en cadena, en el que el poder de atracción desde el centro es, cada vez, más intenso y acumula progresivamente más masa.
En este esquema se muestran las etapas que conducen a la formación de una estrella y de planetas a su alrededor
El primer objeto que se forma es la estrella, que hace acopio de la mayor parte del gas disponible. Pero la radiación del joven astro acaba por detener la caída de más materia. Así, la estrella queda rodeada de un disco en el que, por agregación y choque entre las partículas que lo forman, crecerán planetas, lunas y millones de objetos menores (este disco recibe el nombre de protoplanetario).
Las primeras generaciones de estrellas del universo estaban compuestas exclusivamente por hidrógeno y helio, los átomos formados durante el Big Bang. Sin embargo, en el momento de la muerte explosiva de estos astros (supernovas) se forjaron y liberaron hacia el espacio la práctica totalidad de elementos químicos de la naturaleza y, por ello, las siguientes generaciones ya incorporaron, en su composición, átomos más pesados que el hidrógeno y el helio (en astronomía, todos estos elementos se denominan colectivamente metales).
Los modelos teóricos predicen que los discos con baja metalicidad (es decir, con poco contenido de metales) subsistieron poco tiempo, difícilmente el necesario como para poder formar planetas.
¡Sorpresa!
El año 2003, el telescopio espacial Hubble detectó un planeta con una edad estimada de 13.000 millones de años, esto es, casi tres veces más antiguo que la Tierra. Teniendo en cuenta que el nacimiento de nuestro universo aconteció hace 13.800 millones de años, el descubrimiento implicaba que el planeta había existido en las primeras etapas de vida del cosmos y que, por tanto, se había formado alrededor de una estrella perteneciente a las primeras generaciones, consecuentemente pobre en metales.
Fue entonces cuando los astrónomos empezaron a estudiar, con detenimiento, una región llamada NGC 346, ubicada en la Pequeña Nube de Magallanes (una galaxia satélite de la nuestra) a unos 210.000 años luz de distancia de la Tierra. Se trata de un lugar en el que se están formando precisamente estrellas de baja metalicidad, ya que el material existente en esta zona apenas ha sido enriquecido por anteriores generaciones de astros. Por ello, NGC 346 se considera un laboratorio en dónde poder entender cómo eran los primeros discos protoplanetarios del universo.
La Pequeña Nube de Magallanes, una galaxia satélite de la Vía Láctea, fotografiada desde el Observatorio Europeo Austral
Las observaciones de NGC 346 realizadas con el Hubble sugirieron la presencia de discos alrededor de estrellas con edades de 20 a 30 millones de años, mientras que la teoría suponía que estas estructuras sólo podían perdurar una décima parte de ese tiempo.
Imágenes de la región NGC 346, capturadas con el telescopio Hubble (izquierda) y con el James Webb
Según el investigador principal del estudio que se acaba de publicar, Guido De Marchi, perteneciente al Centro Europeo de Investigación Espacial y Tecnológica de Noordwijk (Países Bajos), los hallazgos del Hubble “eran controvertidos, y no sólo iban en contra de la evidencia empírica, sino también de los modelos actuales”.
Llega el Webb
Sin embargo, el Hubble carecía de la capacidad para obtener los espectros de estas estrellas, una técnica que hubiese permitido descomponer su luz y, con ello, hallar evidencias definitivas que confirmasen el descubrimiento.
Esto es justamente lo que se ha realizado con el James Webb. Y los datos no sólo han validado las observaciones anteriores, sino que han demostrado que los discos protoplanetarios pueden perdurar suficiente tiempo, alrededor de estrellas de baja metalicidad, como para permitir el nacimiento de planetas.
Además, todo parece indicar que estos discos permanecen sin disiparse durante más tiempo, incluso, que los que se han formado más recientemente en entonos con alta metalicidad (por ejemplo, en nuestra Vía Láctea), una conclusión que contradice algunos estudios anteriores.
En esta fotografía del telescopio James Webb se señala la posición de las estrellas estudiadas en el complejo NGC 346 y que han posibilitado el descubrimiento
Posibles explicaciones
Ante estas evidencias, los astrónomos han planteado posibles hipótesis para explicar la presencia de discos protoplanetarios longevos alrededor de las primeras generaciones de estrellas del cosmos.
Una explicación se basaría, simplemente, en suponer que los discos con bajo contenido de metales, sometidos a la presión de la radiación de la estrella, no se disipan tan deprisa como se creía. Otra línea de pensamiento sugiere que las primeras estrellas quizás se formaron a partir de concentraciones mucho mayores de gas. En este sentido, Elena Sabbi, responsable el equipo científico del Observatorio Gemini y coautora del reciente estudio, explica que con más material disponible, estos discos tardarían más tiempo en desaparecer.
En cualquier caso, y sea cual sea la explicación, el descubrimiento tiene implicaciones importantes. Tal como señala De Marchi, ahora “deberemos repensar el modelo de formación y de evolución de planetas en el universo joven”, un escenario que Sabbi ha calificado de excitante.