La química de la formación de planetas ha fascinado a los investigadores durante décadas porque el reservorio químico en los discos protoplanetarios, el polvo y el gas a partir del cual se forman los planetas, afecta directamente la composición del planeta y el potencial para la vida.

Una nueva investigación del Departamento de Astronomía de la Universidad de Michigan sugiere que la química en la última etapa del desarrollo de los planetas está impulsada por los rayos ultravioleta, en lugar de los rayos cósmicos o los rayos X, y esta nueva comprensión proporciona una firma química que ayuda a los investigadores a rastrear los exoplanetas hasta su origen. guarderías cósmicas en los discos formadores de planetas.

Jenny Calahan, estudiante de doctorado en astronomía y primera autora del artículo, que aparece en Nature Astronomy, dijo que el descubrimiento fue en parte un feliz accidente y en parte se basó en un trabajo anterior.

« Se ha demostrado que hay moléculas orgánicas complejas y brillantes presentes en las partes más frías y densas de los discos de formación de planetas », dijo Calahan. « Esta emisión brillante ha sido desconcertante porque esperamos que estas moléculas se congelen a estas temperaturas, no en el gas donde podemos observarlas ».

Estas moléculas emiten desde regiones que están a -400 grados Fahrenheit, y a estas temperaturas se cree que están congeladas en pequeños sólidos que los astrónomos etiquetan como granos de polvo, o para los sólidos posteriores de mm a cm como guijarros. Estas moléculas deberían agregarse a una capa helada sobre los granos, para que no se puedan observar en el gas.

El disco de formación de planetas tiene tres componentes principales, un plano medio polvoriento rico en guijarros, una atmósfera de gas y una pequeña población de polvo acoplada al gas. A medida que el disco de formación de planetas evoluciona con el tiempo, el entorno cambiante afecta la química interna. Para tener en cuenta el brillo observado, Calahan ajustó su modelo para disminuir la masa de la pequeña población de polvo, que normalmente bloquea los fotones UV, para permitir que más fotones UV penetren profundamente en estas regiones más frías del disco. Esto reprodujo el brillo observado.

« Si tenemos un entorno rico en carbono junto con un entorno rico en UV debido a la evolución de los pequeños sólidos en las regiones de formación de planetas, podemos producir compuestos orgánicos complejos en el gas y reproducir estas observaciones », dijo.

Esto representa la evolución del polvo pequeño a lo largo del tiempo.

Hace unos 20 años, los investigadores se dieron cuenta de que la química del disco gaseoso se rige por la química que opera en escalas de tiempo más cortas y alimentada por fuentes como los rayos cósmicos y los rayos X, dijo Edwin Bergin, investigador principal, profesor y presidente de astronomía.

« Nuestro nuevo trabajo sugiere que lo que realmente importa es el campo de radiación ultravioleta generado por la estrella que acumula materia del disco », dijo. « Los pasos iniciales en la creación de planetas, la formación de sólidos cada vez más grandes, cambia la química de los rayos cósmicos y los rayos X tempranos, a los rayos UV durante la fase en la que se cree que nacen los planetas gigantes.

« El trabajo de Jenny nos dice que para los mundos terrestres, si te preguntas cómo obtienen cosas como el agua, la parte clave de la evolución son las primeras fases antes de que ocurra este cambio. Ahí es cuando las moléculas volátiles que componen la vida : carbono, hidrógeno, nitrógeno — se implantan en sólidos que forman mundos similares a la Tierra. Estos planetas no nacen en esta fase, sino que la composición de los sólidos se vuelve fija. Las etapas posteriores de este modelo nos dicen cómo determinar la composición del material que forma los planetas gigantes.  »

Los coautores incluyen : Arthur Bosman y Evan Rich, ambos del Departamento de Astronomía de la UM.