Observaciones con el Telescopio Espacial Hubble han revelado que los planetas tienen dificultades para formarse en la región central agitada del enorme y abarrotado cúmulo de estrellas Westerlund 2, un laboratorio para estudiar la formación estelar a 20.000 años luz de distancia.
Un estudio de tres años del Hubble sobre las estrellas en Westerlund 2 reveló que los precursores de los discos formadores de planetas que rodean las estrellas cerca del centro del cúmulo están misteriosamente desprovistos de grandes y densas nubes de polvo que en unos pocos millones de años podrían convertirse en planetas.
Sin embargo, las observaciones muestran que las estrellas en la periferia del cúmulo tienen las inmensas nubes de polvo formadoras de planetas incrustadas en sus discos. Los investigadores creen que nuestro sistema solar siguió esta receta cuando se formó hace 4.600 millones de años.
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Entonces, ¿por qué algunas estrellas en Westerlund 2 tienen dificultades para formar planetas mientras que otras no? Parece que la formación de planetas depende de la ubicación. Las estrellas más masivas y brillantes del cúmulo se congregan en el núcleo, lo que se verifica mediante observaciones de otras regiones de formación estelar. El centro del cúmulo contiene al menos 30 estrellas extremadamente masivas, algunas con un peso de hasta 80 veces la masa del Sol. Su abrasadora radiación ultravioleta y vientos estelares similares a huracanes de partículas cargadas sopletean discos alrededor de estrellas vecinas de menor masa, dispersando las gigantescas nubes de polvo.
«Básicamente, si tienes estrellas monstruosas, su energía va a alterar las propiedades de los discos alrededor de estrellas cercanas y menos masivas», explicó Elena Sabbi, del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Baltimore e investigadora principal del estudio Hubble. «Aún puede tener un disco, pero las estrellas cambian la composición del polvo en los discos, por lo que es más difícil crear estructuras estables que eventualmente conduzcan a planetas. Creemos que el polvo se evapora en un millón de años o cambia en composición y tamaño tan dramáticamente que los planetas no tienen los bloques de construcción para formar «.
Las observaciones del Hubble representan la primera vez que los astrónomos analizaron un cúmulo estelar extremadamente denso para estudiar qué entornos son favorables para la formación de planetas. Sin embargo, los científicos aún están debatiendo si las estrellas voluminosas nacen en el centro o si migran allí. Westerlund 2 ya tiene estrellas masivas en su núcleo, a pesar de que es un sistema relativamente joven de 2 millones de años.
Usando la cámara 3 de campo ancho de Hubble, los investigadores encontraron que de las casi 5.000 estrellas en Westerlund 2 con masas entre 0,1 a 5 veces la masa del Sol, 1,500 de ellas muestran fluctuaciones en su luz a medida que las estrellas acumulan material de sus discos. El material en órbita agrupado dentro del disco bloqueará temporalmente parte de la luz de las estrellas, causando fluctuaciones de brillo.
Sin embargo, Hubble detectó la firma de dicho material en órbita solo alrededor de estrellas fuera de la región central repleta del cúmulo. El telescopio presenció grandes caídas de brillo durante 10 a 20 días alrededor del 5% de las estrellas antes de que volvieran al brillo normal. No detectaron estos descensos en el brillo de las estrellas que residen dentro de los cuatro años luz del centro. Estas fluctuaciones podrían ser causadas por grandes grupos de polvo que pasan frente a la estrella. Los grupos estarían en un disco inclinado casi de borde a la vista desde la Tierra. «Creemos que son planetesimales o estructuras en formación», explicó Sabbi. «Estas podrían ser las semillas que eventualmente conducen a planetas en sistemas más evolucionados. Estos son los sistemas que no vemos cerca de estrellas muy masivas. Los vemos solo en sistemas fuera del centro».
Según un comunicado de la NASA, gracias a Hubble, los astrónomos ahora pueden ver cómo las estrellas se acumulan en entornos que son como el universo primitivo, donde los cúmulos estaban dominados por estrellas monstruosas. Hasta ahora, el entorno estelar cercano más conocido que contiene estrellas masivas es la región del nacimiento de estrellas en la Nebulosa de Orión. Sin embargo, Westerlund 2 es un objetivo más rico debido a su mayor población estelar.
«Las observaciones de Hubble de Westerlund 2 nos dan una idea mucho mejor de cómo las estrellas de diferentes masas cambian con el tiempo, y cómo los vientos y la radiación de las estrellas muy masivas afectan las estrellas cercanas de menor masa y sus discos», dijo Sabbi. «Vemos, por ejemplo, que las estrellas de menor masa, como nuestro Sol, que están cerca de estrellas extremadamente masivas en el cúmulo todavía tienen discos y aún pueden acumular material a medida que crecen. Pero la estructura de sus discos (y por lo tanto su capacidad de formación de los planetas) parece ser muy diferente de la de los discos alrededor de las estrellas que se forman en un ambiente más tranquilo más alejado del núcleo del cúmulo. Esta información es importante para construir modelos de formación de planetas y evolución estelar «.