dinámica de discos protoplanetarios

En una densa nube de gas y polvo donde nacen estrellas masivas, dos estrellas jóvenes pasaron hace poco muy cerca una de la otra. Su danza dura apenas unos sesenta años, y los astrónomos la han visto por primera vez en detalle.

Un filamento de la red cósmica se extiende a través del universo joven, y en él, como cuentas en un collar, están ensartadas las galaxias. En el núcleo del protocúmulo SSA22, que dentro de miles de millones de años se convertirá en el centro de un cúmulo masivo, estas cuentas aún están calientes y polvorientas: en su interior nacen estrellas, y el gas frío sirve de combustible.

Un vórtice en un disco magnético suele comportarse como una peonza grande: para que no se caiga, necesita una plataforma espaciosa y un campo propio fuerte que lo devuelva al centro. Pero, ¿y si reducimos la plataforma hasta el tamaño de un virus? Entonces el soporte habitual desaparece y el vórtice debería desmoronarse.

En los rincones más fríos y oscuros del cosmos, los granos de polvo se cubren de hielo, como una ventana en un día helado. Este hielo no es solo agua congelada: también hay monóxido de carbono y dióxido de carbono. De este hielo pueden formarse luego cometas y planetas.

En la oscura cocina de la nube molecular de Tauro, a 450 años luz de nosotros, se preparan decenas de sistemas planetarios. Cada estrella joven es un chef, y su disco protoplanetario es la mesa cubierta de harina (polvo) y vapor (gas).

Tras la explosión de una supernova, en el centro queda una bola densa del tamaño de una ciudad: una estrella de neutrones recién nacida. Está caliente, comprimida y tiembla como una campana después de un golpe. Esos temblores —las oscilaciones de la estrella— emiten ondas gravitacionales que los sensibles detectores en la Tierra podrían captar.

El nacimiento de una luna es un accidente cósmico. Dos planetas jóvenes chocan y una nube de escombros incandescentes gira alrededor del mundo superviviente. De ese disco, como de arcilla en un torno de alfarero, con el tiempo se forma un satélite. Así apareció probablemente nuestra Luna.

En el horno de la formación estelar el calor alcanza los 900 grados, como en un alto horno al rojo vivo. Es en ese infierno donde nacen los cristales cósmicos.

Una piedra cae en aguas tranquilas y, sobre la superficie, se extienden anillos perfectos. Si la piedra no solo cae, sino que además gira, aparecen pequeños remolinos: vórtices. La luz sabe hacer lo mismo, solo que en lugar de agua, el medio es el propio espacio-tiempo.

Setenta y dos discos protoplanetarios — capullos giratorios de gas y polvo, repletos de polvo cósmico y gas — quedaron bajo la mira del instrumento MIRI a bordo del JWST.

Dos ciudades sufren una serie de incendios. En una, el viento dispersa las cenizas mucho más allá de las afueras y el cielo permanece despejado. En la otra, las cenizas se asientan formando un denso velo que tiñe los atardeceres de carmesí.

En un mismo sistema estelar orbitan dos equipos de planetas. Unos se mueven en órbitas ordenadas, como patinadores en una pista, evitando choques. Otros se agrupan, sus trayectorias se cruzan y, tarde o temprano, ocurre un accidente cósmico: un impacto gigante.

Un diminuto satélite, como un nadador, corta las capas invisibles de gas en la envoltura hinchada de una gigante roja. Cada vuelta de su órbita excita una estela acústica —ondas de compresión que viajan a través del plasma. Según la ley de la gravitación universal, el satélite atrae al gas, y el gas al satélite, creando esta estela.

Entre los abrasadores exoplanetas que giran peligrosamente cerca de sus estrellas, se esconde un secreto de nacimiento. Hace casi tres décadas, Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron el primer mundo de este tipo, y desde entonces los astrónomos se preguntan: ¿cómo es que un gigante gaseoso termina…

Cerca de algunas estrellas jóvenes, donde recientemente terminó la formación estelar, no solo hay anillos de polvo, sino auténticos campos de batalla planetarios: discos de escombros extremos.

Como un delicado mecanismo de relojería, un sistema multiplanetario responde sensiblemente al más mínimo empujón.

Con apenas dos millones de años, alrededor de la joven estrella CI Tau, gira un disco de gas y polvo: la cuna protoplanetaria.

El planeta WASP-121 b no es solo una bola caliente. Es un mundo donde el hierro se evapora y el cielo brilla con su propio calor. Una nueva mirada ha ayudado a entender de qué "ingredientes" se formó.

Un planeta rocoso al rojo vivo se parece a una olla de sopa hirviendo, solo que su tapa es la atmósfera. Los gases escapan del magma, envuelven el mundo en una manta densa y a la vez influyen en la rapidez con que se enfría el cuerpo celeste.

Agita con fuerza una olla de sopa hirviendo: el líquido chapotea y las ondas golpean las paredes. Algo muy parecido ocurre dentro de un planeta gaseoso cuando, en una órbita alargada, pasa cerca de su estrella. La gravedad estelar excita potentes ondas internas en el planeta, conocidas como modos fundamentales de marea.

Un guiso espeso se enfría lentamente en la olla. De repente, el fuego debajo se aviva y el guiso comienza a hervir, rompiéndose en muchos pequeños remolinos. Algo similar ocurre con el disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven cuando esta experimenta una erupción: una entrada repentina de material del disco hacia la estrella.

En el ensamblaje del Sistema Solar, como en un menú de degustación de alta cocina, la receta no siempre está fijada de antemano: a veces el último ingrediente se añade cuando el plato ya está al fuego.

Una olla de gachas hirviendo donde, en lugar de grano, hay capas de oxígeno y silicio, y el fuego debajo está a punto de apagarse, y la estrella colapsará sobre sí misma.

Una estrella masiva colapsa y nace un agujero negro, rodeado por un disco de plasma incandescente. Para que de este disco emerjan estrechos chorros —jets—, se necesita un campo magnético ordenado. Pero en el interior de la estrella está enredado.

Una peonza que gira y a la vez se bambolea ligeramente: así es, según los astrónomos, el comportamiento de la estrella de neutrones en el sistema binario Hércules X-1. Completa una vuelta sobre su eje en un segundo, pero su eje describe lentamente un cono con un periodo de 35 días.

El planeta WASP-121 b siempre muestra la misma cara a su estrella, como una piedra en una hoguera. El lado diurno está tan caliente que el hidrógeno común —ese mismo que forma la mayor parte del universo— no aguanta: sus moléculas se rompen en átomos sueltos, y la temperatura se invierte: cuanto más arriba, más calor.

En la ardiente corona solar, donde la temperatura supera el millón de grados, flotan nubes frías y densas: las protuberancias solares solares. Permanecen suspendidas durante semanas, sin caer ni disolverse, como icebergs en un océano hirviendo. Cómo llegaron allí es una pregunta que ha atormentado a los astrónomos durante décadas.

Una estrella de neutrones es un trompo con la masa del Sol, comprimido al tamaño de una ciudad. Nace en el fuego de una supernova y normalmente solo frena su rotación. Pero a veces, sin razón aparente, de repente acelera: ese tirón se llama glitch.

En una olla con agua hirviendo, las burbujas de vapor suben y estallan. En el mundo cuántico de un líquido superfluido, las burbujas se comportan de otra manera: pueden colisionar y engendrar vórtices, diminutas corrientes arremolinadas parecidas a remolinos en un río. Los científicos modelaron ese líquido con un enfoque holográfico.

En un disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven, las partículas de polvo se comportan como granos de arena en una corriente de agua: el gas fluye más rápido, el polvo se queda atrás y entre ambos surge fricción. Esa fricción puede hacer oscilar las ondas magnéticas que recorren el disco.

En las frías nubes de gas interestelar se extienden largos y densos filamentos. En ellos, como en incubadoras abarrotadas, maduran las futuras estrellas. Durante mucho tiempo se pensó que dentro de estos filamentos todo estaba gobernado por la gravedad: la materia fluye suavemente hacia los centros, donde la densidad aumenta y finalmente estalla una estrella.

Los sistemas planetarios jóvenes se parecen a una orquesta que acaba de empezar a ensayar: todos los músicos intentan tocar al mismo ritmo.

El litio es como un termómetro sumergido en el interior de una estrella. Este elemento ligero se destruye a temperaturas de unos 2,5 millones de grados, por lo que su cantidad en la superficie revela cuán profundamente se ha mezclado el material de la estrella.

El telescopio James Webb observa cada vez más exoplanetas — mundos en otras estrellas. Algunos de ellos son esferas rocosas al rojo vivo, siempre mostrando la misma cara a su estrella. Allí la roca se funde, formando océanos de lava líquida. ¿Cómo se mueve esa lava?

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.

En las frías afueras del sistema solar, el agua se considera el principal material de construcción de los hielos. Pero en algunos cometas y cuerpos helados lejanos, la proporción de monóxido de carbono (CO) respecto al agua es inusualmente alta, como si de repente un helado tuviera demasiado jarabe.

En las frías nubes de gas donde nacen las estrellas gigantes, todo hierve de movimiento. El gas se comprime, gira y se fragmenta en grumos: las futuras estrellas. Durante mucho tiempo se pensó que el campo magnético ponía orden aquí: como hilos invisibles, estiraba los grumos transversalmente. Pero nuevas observaciones han mostrado lo contrario.

Los planetas nacen del polvo. En el disco alrededor de una estrella joven, diminutas partículas de polvo chocan, se pegan y crecen poco a poco, como una bola de nieve que rueda montaña abajo. Pero hay un obstáculo: el gas del disco se mueve más rápido que el polvo y lo frena, impidiendo que se acumule en grumos grandes.

En el disco protoplanetario —la nube de gas y polvo que rodea a una estrella joven— las motas de polvo no se limitan a volar en círculos. Son arrastradas por la corriente de gas, como la arena por el viento, y a su vez modifican esa corriente.

Los granos de polvo en el disco alrededor de una estrella joven se agrupan, crecen y algún día se convertirán en planetas. Pero para saber cuánto material para planetas hay en cada disco, hay que medir su masa y su tamaño. No se puede pesar directamente una nube lejana: hay que inferirlo de la radiación del polvo.