Leonardo Krapp
Investigador Adjunto del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines – CATA
Profesor Asociado del Departamento de Astronomía Universidad de Concepción
Investigador Responsable Fondecyt Iniciación 11250447
Fellow Alumni Fundación Heising-Simons
Doctor en Filosofía en Astrofísica de la Universidad de Copenhague

En el espacio, las estrellas jóvenes están rodeadas por discos de gas y polvo: guarderías cósmicas donde nacen planetas. En la última década, hemos mirado a estos discos protoplanetarios con absoluto detalle. Con telescopios terrestres como el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), hemos captado imágenes de una belleza impresionante: anillos concéntricos, espirales y vacíos en el disco. Estas estructuras son como las huellas dactilares de planetas gigantes en formación, cuya gravedad esculpe el disco que los rodea. Sin embargo, a pesar de ver estas “huellas”, la detección directa de los planetas bebés o protoplanetas, ha sido increíblemente rara. ¿Por qué?

Hay varias razones. Primero, es importante destacar, que los vacíos y espirales que vemos en estos discos protoplanetarios no siempre significan que hay un planeta; podrían ser causados por otras fuerzas, como los vientos magnéticos o inestabilidades que alteran la dinámica en discos de gas y polvo. Por otro lado, muchos planetas en formación podrían ser de baja masa, como Júpiter o más pequeños, lo que los hace débiles frente al brillo del disco. La extinción por polvo es otro obstáculo: el polvo absorbe y dispersa la luz, especialmente en longitudes de onda cortas, ocultando la luz de planetas en formación. También podríamos estar sobreestimando su luminosidad, basándonos en modelos que no consideran bien el enfriamiento o la eficiencia de la acreción. Además, la detección directa enfrenta desafíos técnicos, como separar el brillo del planeta del resplandor estelar o la luz dispersa del disco. Las búsquedas suelen favorecer planetas masivos y brillantes, dejando a otros sin detectar.

Aquí es donde entra en juego el Telescopio Espacial James Webb (JWST). Lanzado en 2021, este telescopio es la herramienta perfecta para la tarea. Sus instrumentos, NIRCam y MIRI, son extremadamente sensibles a la luz infrarroja, la cual puede atravesar las gruesas nubes de polvo. Esta capacidad nos permite ver lo que antes estaba oculto.

Los primeros resultados del JWST son simplemente revolucionarios. En el famoso sistema PDS 70, no sólo se ha confirmado la presencia de dos protoplanetas, PDS 70b y PDS 70c, sino que hemos presenciado un espectáculo cósmico: PDS 70c parece estar siendo alimentado por una corriente de gas y polvo, una corriente de acreción espiral que le entrega el material necesario para su crecimiento. Gracias a las avanzadas técnicas de interferometría del Webb, también se logró detectar la emisión de su hermano, PDS 70b.

Pero el alcance del JWST va mucho más allá. En el mismo disco, se ha detectado vapor de agua en las regiones internas, sugiriendo que los componentes helados, esenciales para la formación de planetas rocosos como la Tierra, pueden migrar desde las zonas frías del disco hacia el interior.

Además, el Webb ha revelado algo sorprendente: algunos discos protoplanetarios pueden persistir hasta 30 millones de años en entornos que se creían demasiado hostiles. Este hallazgo desafía los modelos tradicionales que predecían una rápida dispersión de estos discos, obligándonos a replantear la línea de tiempo de la formación planetaria

Para saber dónde buscar, necesitamos saber cómo se verían estos mundos bebés si pudiéramos verlos. ¿Qué tan brillantes son? ¿A qué longitudes de onda emiten luz? Aquí, las simulaciones computacionales de alto rendimiento se vuelven cruciales. Los científicos están usando códigos avanzados como FARGO3D para crear modelos híbridos que combinan la evolución del disco y los detalles de la atmósfera planetaria. Estas simulaciones nos ayudan a predecir cómo el polvo podría atenuar las señales planetarias y cómo los choques de acreción, donde el material impacta al planeta a gran velocidad, crearán firmas de luz únicas que el JWST puede captar.

Con estas simulaciones, los astrónomos pueden mejorar las estrategias de observación y así seleccionar a los candidatos más prometedores. Con la visión sin precedentes del JWST y modelos teóricos más robustos, estamos cada vez más cerca de responder preguntas fundamentales: ¿Qué tan comunes son los planetas como el nuestro? ¿Cómo se forman los gigantes gaseosos? Estamos entrando en una nueva era de descubrimientos que transformará por completo nuestra comprensión de la formación planetaria.