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New Frontiers in Modeling Planet-Disk Interactions: from Disk Thermodynamics to Multi-Planet Systems

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Discos de polvo como viveros para planetas incipientes

Al observar el mágico cielo estrellado en una noche clara, hay algo que no se puede ver: una multitud de estrellas jóvenes nutriendo el crecimiento de nuevos planetas y sistemas planetarios. Un equipo de investigadores financiado con fondos europeos ha logrado aportar nueva información sobre el papel del polvo cósmico en este proceso.

INVESTIGACIÓN FUNDAMENTAL

ESPACIO

© Pablo Benítez-Llambay

Los discos protoplanetarios son elementos planos de polvo y gas que giran alrededor de la mayoría de las estrellas de masa baja poco después de su nacimiento. Aunque la cantidad de granos de polvo es relativamente baja, se trata de la materia prima que compone los planetas y, por lo tanto, es esencial que comprendamos su función. Un equipo de científicos financiado con fondos europeos está trabajando en el proyecto DiskTorqueOnPlanets, una iniciativa cuyo objetivo es averiguar el papel del polvo cósmico en la arquitectura de los sistemas planetarios tal como los conocemos hoy. Hasta ahora este era un tema prácticamente desconocido, pero los investigadores están empezando a descifrarlo.

Las interacciones entre la masa de polvo y el planeta en formación

Martin Pessah, coordinador del proyecto, explica: «Uno de los procesos que puede tener un papel importante es conocido como "migración planetaria" y se refiere a la interacción gravitacional mutua entre el planeta y el disco, que acelera el planeta y hace que se mueva». El objetivo del proyecto DiskTorqueOnPlanets —llevado a cabo con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie— es analizar los mecanismos que determinan la velocidad y dirección de esta migración, con una atención especial en el polvo del disco protoplanetario.

La importancia de las propiedades del polvo

A fin de simular la dinámica del polvo con modelos detallados, es necesario disponer de una potencia de computación gigantesca. Para lograrlo, el equipo aprovechó la potencia de las unidades de procesamiento gráfico disponible en el Centro de Computación de Alto Rendimiento de la Universidad de Copenhague, y, más concretamente, FARGO3D, un código numérico de vanguardia, desarrollado por el investigador Pablo Benítez-Llambay y disponible públicamente. Los investigadores del proyecto ampliaron su uso de una manera especial para abordar los problemas más complejos en la dinámica de los discos de polvo. Uno de los principales resultados fue la creación de un algoritmo numérico muy potente para comprender la fuerza de arrastre entre el gas y el polvo en un disco protoplanetario. Pessah continúa: «Las herramientas desarrolladas en el proyecto nos han permitido descubrir y estudiar sistemáticamente, y por primera vez, las fuerzas gravitacionales causadas por el polvo en los discos, pero también hemos podido ampliar nuestros hallazgos sobre otras cuestiones fundamentales sobre el crecimiento y la dinámica del polvo en estos anillos». Los miembros del proyecto lograron demostrar que la dinámica de las partículas de polvo depende principalmente de la unión de estas partículas con el gas del disco, lo que, a su vez, depende del tamaño de las partículas. «Hemos demostrado que la uniformidad en la dinámica del polvo, con partículas de diferentes tamaños, es esencial para entender la formación de los planetas y su movimiento en el disco», señala Pessah.

Listos para apoyar nuevas observaciones

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array [ALMA] es el resultado de la cooperación internacional entre instituciones que desean entender el origen de nuestro universo. Es el observatorio astronómico más potente que se haya construido jamás. ALMA nos ha suministrado imágenes de detalles nunca vistos sobre la formación de planetas. Las herramientas de DiskTorqueOnPlanets ayudarán a los científicos a recopilar todos estos datos, entenderlos y desentrañar el misterio sobre la formación de sistemas planetarios. En resumen, Pessah concluye: «Hemos creado un sistema con el que entender la dinámica del polvo cósmico en un número arbitrario de tipos de polvo y en simulaciones numéricas; esto abre una vía de investigación para muchos procesos importantes en la formación y evolución de los planetas. Hemos querido que estas herramientas estuvieran disponibles públicamente para apoyar un proyecto científico común: la explicación de la historia y la evolución de nuestro sistema solar y de los sistemas exoplanetarios por todo el universo».

Palabras clave

DiskTorqueOnPlanets, polvo, disco, planeta, dinámica del polvo, planetario, protoplanetario, herramientas, estrellas, migración, formación de planetas, ALMA, evolución, FARGO3D

Información del proyecto

Identificador del acuerdo de subvención: 748544

Estado

Proyecto cerrado

  • Fecha de inicio

    1 Septiembre 2017

  • Fecha de finalización

    31 Agosto 2019

Financiado con arreglo a:

H2020-EU.1.3.2.

  • Presupuesto general:

    € 212 194,80

  • Aportación de la UE

    € 212 194,80

Coordinado por:

KOBENHAVNS UNIVERSITET

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