Torbellinos en la cuna de los planetas exprés
La joven estrella HL Tau está rodeada por un disco de gas y polvo: la cuna de futuros planetas. Dentro de este disco, el gas no se queda quieto: gira en círculos, pero al mismo tiempo tiembla y se mezcla, como el agua en un río bravo. Los astrónomos han medido por primera vez la fuerza de esta mezcla.
Una galaxia es un sistema enorme de estrellas, gas y polvo, y el disco alrededor de HL Tau es solo una pequeña parte de ella. Los científicos utilizaron datos del telescopio ALMA, observando la radiación de las moléculas de formaldehído (H2CO). Por el ancho de las líneas de esta radiación se puede deducir la velocidad del gas. Resultó que el gas en el disco tiembla a una velocidad de unos 0,15 km/s, aproximadamente la velocidad de un peatón. Pero para un gas frío esto es mucho: la turbulencia es varias veces más fuerte que en discos más maduros.
¿De dónde viene tanta agitación? El disco de HL Tau es aún joven y está rodeado por gas que cae desde la nube exterior. Este gas que cae choca contra el disco y lo sacude, como el viento agita la superficie de un lago. Además, el propio disco es masivo y puede ser inestable, generando vórtices. Esta fuerte turbulencia impide que el polvo se asiente rápidamente hacia el centro del disco, por lo que los planetas en estas condiciones se forman más lentamente y de manera diferente que en discos tranquilos.
El descubrimiento muestra que los jóvenes sistemas planetarios pasan por una etapa turbulenta. Esto cambia la idea de qué tan rápido y dónde exactamente nacen los planetas. En el futuro, estas mediciones ayudarán a entender por qué algunas estrellas forman planetas y otras permanecen solitarias.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.29147
Turbulence in protoplanetary disks plays a crucial role in the evolution of disk structures and the planet formation process therein. However, the strength of the turbulence remains unclear in young, embedded disks surrounded by infalling envelopes. In this paper, we present the first direct measurement of the nonthermal velocity dispersion within the embedded disk around HL Tau, which possesses a dusty disk with multiple rings and gap structures but is still associated with infalling gas flows from an envelope. Using ALMA archival data of the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission, we measured the local line width through a parametric model fitting that accounts for the contribution of Keplerian shear motion. After subtracting the thermal component, the nonthermal velocity dispersion is $$\sim\!\!0.15~\mathrm{km~s^{-1}}$$ on average over radii of $$80$$-$$180~\mathrm{au}$$, and it slightly increases with radius. The estimated nonthermal motions correspond to a turbulent mach number of $$\mathcal{M}\!\!\sim\!\!0.4$$ or a viscous $$\alpha$$ value of $$\alpha \!\!\sim\!\!0.16$$, assuming that it is entirely caused by turbulence and $$\alpha \!\!\sim \!\! \mathcal{M}^2$$. Our analysis also suggests that the $$\mathrm{H_2CO}$$ emission traces near the disk midplane ($$z\lesssim 0.1 R$$). Turbulence driven by the gravitational instability or infall from the envelope most naturally explains the large nonthermal motions, considering the large disk mass and associated infalling streamers. The strong turbulence measured in the outer disk, in contrast to the vertically settled inner dusty disk, suggests a pronounced radial variation in the turbulence strength and/or an anisotropic nature of the turbulence within the disk.
La velocidad de los movimientos turbulentos en el disco de HL Tau, 0,15 km/s, es aproximadamente la velocidad de una caminata rápida de una persona. Pero para un gas frío es muy rápido: allí la temperatura es de solo unos 30 kelvin (−243 °C), y las moléculas por sí mismas apenas se mueven.