Discos Circumestelares

Al colapsar el núcleo de una nube molecular se forma una estrella central (estrella de pre-secuencia tipo solar T-Tauri o una estrella de gran masa si la nube es gigante), y un disco de gas (~98% H2) y polvo (~2% ) orbitando a su alrededor. La composición del disco es similar a la de la estrella central, por lo tanto la cantidad de gas y de polvo del disco puede variar dependiendo de cuál sea la metalicidad de la estrella central. La evolución física y dinámica del disco dará lugar a la formación de un sistema planetario.

 

Existen dos clases de planetas en el Sistema Solar, los planetas interiores o terrestres (Mercurio, Venus, Tierra y Marte) que se encuentran a una distancia del Sol menor a las 3 UA y los planetas exteriores o gigantes (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) que se encuentran a distancias mayores a 3 UA. Los planetas se forman por la accreción de granos en grumos de cada vez mayor tamaño primero a través de un proceso que se denomina coagulación. Cuando estos cuerpos a través de la coagulación alcanzan dimensiones de aproximadamente 1 km de tamaño se denominan planetesimales. Los planetesimales colisionan inelasticamente de a pares y van de esta manera aumentando su masa. Los planetas terrestres y los núcleos de los planetas gigantes se formaron por la acreción de planetesimales (hipótesis del planetesimal). Una vez que los núcleos de los planetas gigantes alcanzaron una masa entre 5-15 masas terrestres capturaron gas del disco gaseoso para formar sus envolturas de gas (inestabilidad nuclear). A distancias mayores a 3 UA, los hielos no se sublimaron dando lugar a la formación de núcleos de baja densidad y gran tamaño, mientras que la temperatura más cerca del Sol era mucho mayor. Los únicos elementos que pudieron sobrevivir en forma sólida a distancias del Sol menores a las 3 UA fueron los más densos y dado que los hielos solo existían en forma gaseosa, los cuerpos que se pudieron formar eran pequeños y densos. Esto es lo que permite dividir a los planetas en terrestres y gigantes. Recientemente se han descubierto numerosos planetesimales remanentes de la formación planetaria que forman el cinturón de Kuiper, un reservorio de objetos a distancias mayores a las 30 UA. Algunos de estos objetos son parecidos a Plutón en su tamaño y composición y han sido denominados planetas enanos por la Unión Astronómica Internacional en el año 2006.

 

En la región de los asteroides (3UA), la temperatura del disco de gas y polvo primordial era ~170 K (temperatura de sublimación de hielos) mientras que en etapas muy tempranas del colapso estelar no superaba los 400 K. Sin embargo, una clase de meteoritos (los meteoritos provienen del cinturón de asteroides), las CONDRITAS que se han encontrado en la tierra poseen CÓNDRULOS, que son silicatos cristalizados de radio de 1mm o aún menor. La temperatura de fundición de los silicatos es 1600 K. ¿Cómo se formaron los CÓNDRULOS a no más de 400 K si necesitaban 1600 K? La formación de CÓNDRULOS es uno de los principales interrogantes de las Ciencias Planetarias. Recientemente se han encontrado análogos de CÓNDRULOS en discos circumestelares alrededor de estrellas T-Tauri y de estrellas jóvenes de gran masa (Herbig AeBe): Se necesita encontrar algún mecanismo capaz de aumentar la temperatura del disco desde [170-400] K a [1000-1600] K para fundir o cristalizar los silicatos.

 

Proponemos que las perturbaciones gravitacionales de un objeto compañero son una fuente de generación de ondas de choque. Cuando el gas atraviesa la onda de choque este se calienta y le transfiere energía al polvo por colisiones. El polvo aumenta la temperatura y se funde. Tenemos entonces una estrella central y un disco constituido principalmente por gas H2 orbitando a su alrededor con velocidad diferencial cuasi-kepleriana, es un sistema con simetría axial. Suponemos un objeto compañero orbitando la estrella central en orbita circular de radio Rp con velocidad angular Ωp, o sea, la figura del potencial perturbador rota con Ωp. La perturbación se propaga a través del disco, se forman brazos espirales, ondas de densidad que rotan con Ωp, o sea, la espiral corrota con el objeto compañero (aproximación epicíclica). A una Distancia R < Rp, el material del disco rota con velocidad cuasi-kepleriana más rápidamente que la onda espiral. El gas del disco atraviesa la espiral con velocidad relativa Vrel, que es una velocidad supersónica, Ma = Vrel /  v s > 1, Maes el numero de Mach y vs la velocidad del sonido en el gas. El gas del disco atraviesa una onda de choque cuando pasa por la onda espiral. Los silicatos se funden cuando los granos pasan regiones de gas caliente al cruzar el frente de choque. Calculamos el calentamiento del polvo debido a este proceso y hemos obtenido que las ondas de densidad excitadas por un objeto compañero es un mecanismo eficiente para el procesamiento del polvo en discos circumestelares jóvenes. Fundido in situ de silicatos lejos de la estrella central es posible, en contraste con la dificultad bien conocida de que los silicatos cristalizados aparecen en regiones mucho más frías que la temperatura mínima requerida. La formación de CÓNDRULOS en el Sistema Solar puede deberse a las perturbaciones ejercidas por Proto-Júpiter en la nebulosa solar primordial. Las observaciones en el IR están alcanzando la precisión necesaria para testear esta hipótesis (Parisi & Sterzik, en Rev. MEXAA(SC), Vol.26,2006).
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