XUE 10: el sorprendente disco protoplanetario rico en dióxido de carbono que desafía la formación de planetas
El telescopio espacial James Webb ha descubierto en la estrella joven XUE 10 un disco planetario insólito, dominado por dióxido de carbono en lugar de agua. Un hallazgo que cuestiona los modelos clásicos de formación planetaria y abre nuevas incógnitas sobre la habitabilidad de mundos lejanos.
Por Enrique Coperías
Catalogada como NGC 6357, la nebulosa de la Langosta alberga en su centro el cúmulo estelar abierto Pismis 24, hogar de estrellas inusualmente brillantes y masivas. El resplandor azulado de su región interna proviene de la emisión de hidrógeno ionizado, mientras que la nebulosa circundante despliega un tapiz complejo de gas, polvo oscuro, estrellas en formación y astros recién nacidos. Cortesía: Steven Mohr
La astronomía moderna vive una edad dorada gracias a la sensibilidad del telescopio espacial James Webb (JWST), que está revelando detalles insospechados sobre los entornos donde nacen los planetas.
Uno de sus descubrimientos más sorprendentes es el del sistema conocido como XUE 10, una estrella joven rodeada por un disco de gas y polvo en el que la química parece haberse salido del guion. En lugar de estar dominado por agua, como predicen los modelos de formación planetaria, este disco protoplanetario es rico en dióxido de carbono (CO₂).
El hallazgo, recogido por la revista Astronomy and Astrophysics, desconcierta a los astrofísicos porque pone en cuestión ideas asentadas sobre la química de los discos protoplanetarios y sobre la disponibilidad de agua en las regiones donde podrían formarse planetas rocosos como la Tierra.
«A diferencia de la mayoría de discos cercanos en formación planetaria, donde el vapor de agua domina las regiones internas, este disco es sorprendentemente rico en dióxido de carbono», explica Jenny Frediani, doctoranda en Astronomía en la Universidad de Estocolmo y autora principal del estudio.
XUE 10, una estrella joven en un entorno extremo
XUE 10 no es una estrella cualquiera. Se trata de una estrella de tipo F con una masa unas tres veces superior a la del Sol y una temperatura superficial de alrededor de 7.000 ºC. Está en la frontera entre lo que los astrónomos llaman una estrella intermedia T Tauri y una Herbig Ae, categorías que corresponden a astros jóvenes y brillantes, aún rodeados por el material sobrante de su formación.
Lo más relevante es su localización: XUE 10 se encuentra inmersa en el cúmulo masivo NGC 6357, a unos 5.500 años luz de la Tierra. Allí, el disco protoplanetario no solo recibe la radiación de la estrella central, sino también un baño intenso de radiación ultravioleta procedente de otras estrellas masivas cercanas.
Este ambiente hostil es clave para entender lo que ocurre en el sistema, y de hecho forma parte de un programa del James Webb llamado XUE (eXtreme UV Environments), dedicado a estudiar cómo la radiación extrema moldea los lugares donde nacen los planetas.
El inesperado protagonista: el CO₂
Cuando los investigadores observaron el espectro infrarrojo del disco protoplanetario de XUE 10 con el instrumento MIRI/MRS del James Webb, se encontraron con algo inusual: líneas de emisión intensas de dióxido de carbono. No solo del isotopo común (^12CO₂), sino también de tres variantes isotópicas (^13CO₂, ^16O^12C^18O y ^16O^12C^17O). Es la primera vez que se detectan simultáneamente cuatro formas diferentes de CO₂ en un disco planetario.
En contraste, el agua —la molécula que los modelos químicos esperaban encontrar en abundancia— apenas dejó rastro. Los análisis establecen límites muy estrictos: si hay vapor de H₂O, está presente en cantidades minúsculas, muy por debajo de lo visto en otros discos. «De hecho, el agua es tan escasa en este sistema que apenas resulta detectable: un contraste dramático con lo que solemos observar», añade Frediani.
Este contraste convierte a XUE 10 en un caso único: ningún otro disco protoplanetario de este tipo, alrededor de estrellas de masa intermedia, ha mostrado un espectro tan dominado por el CO₂. «Esto desafía los modelos actuales de la química y la evolución de los discos, ya que los altos niveles de dióxido de carbono en comparación con el agua no pueden explicarse fácilmente con los procesos estándar de evolución discal», señala Frediani.
Imagen de la región de formación estelar NGC 6357 con la joven estrella XUE 10. Las observaciones con el JWST/MIRI revelan un disco protoplanetario cuyo espectro muestra claramente cuatro formas distintas de dióxido de carbono (CO₂), pero muy poca agua, aportando nuevas claves sobre el entorno químico donde se están gestando los planetas. Cortesía: Stockholm University (SU) and María Claudia Ramírez-Tannus, Max Planck Institute for Astronomy (MPIA).
¿Por qué tanta diferencia química?
Frediani y sus colegas plantea varias hipótesis para explicar esta química anómala. Todas giran en torno a dos grandes factores: los procesos internos en el disco y la influencia de su entorno externo.
1️⃣ Química in situ: la radiación que destruye el agua: la radiación ultravioleta de la estrella central puede romper las moléculas de agua en la superficie del disco, generando radicales de hidroxilo (OH) que reaccionan rápidamente con el monóxido de carbono (CO) para formar CO₂. El resultado sería un entorno donde el agua se destruye más rápido de lo que se forma, mientras que el dióxido de carbono consigue acumularse.
Curiosamente, el CO₂ también puede ser destruido por la radiación UV, pero los modelos sugieren que es capaz de autoprotegerse gracias a su alta abundancia, algo que el agua no logra hacer en XUE 10.
2️⃣ Procesos de transporte: lo que entra y lo que no entra al disco interno: en los discos protoplanetarios, los granos de polvo recubiertos de hielo viajan hacia el interior, y al cruzar la línea de nieve de cada molécula (el punto donde se subliman), liberan gases como el agua y el dióxido de carbono. En XUE 10, este transporte podría estar interrumpido por cavidades o trampas de polvo que frenan la llegada de granos ricos en H₂O al interior, mientras que el CO₂ consigue llegar en mayor medida.
Otra posibilidad es que el disco externo esté truncado por la radiación ultravioleta de estrellas cercanas, lo que reduciría el aporte de polvo y gas hacia dentro. La consecuencia sería un desequilibrio químico: menos agua y más CO₂ en el área donde se forman planetas rocosos.
«Una abundancia tan alta de dióxido de carbono en la zona de formación de planetas es inesperada —apunta Arjan Bik, investigador en la Universidad de Estocolmo y coautor del estudio—. Y añade—: Señala la posibilidad de que la intensa radiación ultravioleta —ya sea de la estrella anfitriona o de estrellas masivas vecinas— esté remodelando la química del disco»,
Una química sin precedentes: pistas para el Sistema Solar
Los datos son tan llamativos que incluso las proporciones isotópicas medidas en el CO₂ parecen anómalas respecto a lo observado en el medio interestelar y en el Sistema Solar.
Este hallazgo conecta de manera inesperada con estudios de meteoritos y cometas, que conservan en sus minerales rastros de la química del disco solar primitivo.
El paralelismo no es menor: si las anomalías de oxígeno detectadas en XUE 10 se confirman, podrían ofrecer pistas de cómo se originaron las extrañas proporciones isotópicas de oxígeno que vemos en las rocas más antiguas de la Tierra.
Una rareza entre discos planetarios
Cuando los investigadores compararon a XUE 10 con otros discos protoplanetarios observados por el James Webb y por otros telescopios anteriores a este, como el Spitzer, el contraste fue evidente. Mientras que la mayoría de los discos alrededor de estrellas jóvenes muestran espectros ricos en líneas —con abundancia de agua, monóxido de carbono, metano y otros compuestos—, el de XUE 10 es un espectro pobre, dominado por el CO₂ y con casi nada más.
De hecho, lo más parecido que se había visto a este patrón no estaba en discos protoplanetarios, sino en algunas estrellas post-AGB, soles moribundos que ya agotaron su combustible nuclear, que están desprendiéndose de sus capas externas y que muestran envolturas ricas en CO₂.
La comparación resulta tan extraña que los autores del estudio se vieron obligados a descartar explícitamente que XUE 10 fuera una estrella evolucionada: todos los indicios confirman que es joven y que está en pleno proceso de formación planetaria.
La abundancia de CO₂ y la escasez de agua en el disco de XUE 10 desafía los modelos actuales de la química y la evolución de los discos, ya que los altos niveles de dióxido de carbono en comparación con el agua no pueden explicarse fácilmente», señala Jenny Frediani. Cortesía: Adriana Todorovic / Stockholm University
Implicaciones para la formación y habitabilidad planetaria
Tal y como asegura Frediani, el descubrimiento no es solo una curiosidad química. Tiene profundas consecuencias para entender cómo se forman los planetas en entornos extremos:
✅ Disponibilidad de agua: si los discos protoplanetarios como XUE 10 carecen de vapor de agua en las zonas internas, los planetas rocosos que nazcan allí podrían ser pobres en este recurso vital.
✅ Diversidad de sistemas planetarios: hasta ahora, los modelos de formación planetaria asumían que la mayoría de los discos tendrían condiciones parecidas a las observadas en estrellas de baja masa como el Sol. XUE 10 demuestra que la química planetaria puede ser radicalmente distinta dependiendo de la masa estelar y del entorno de radiación.
✅ Un laboratorio natural: el caso de XUE 10 se convierte en un banco de pruebas ideal para modelos químicos y de transporte en discos.
«Se trata de un descubrimiento emocionante: revela cómo los entornos de radiación extrema —comunes en regiones masivas de formación estelar— pueden alterar los bloques de construcción de los planetas —comenta María Claudia Ramírez-Tannus, del Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg y líder de la colaboración XUE. Y continúa—: Dado que la mayoría de las estrellas y, tal vez la mayoría de los planetas se forman en tales regiones, entender estos efectos es esencial para comprender la diversidad de atmósferas planetarias y su potencial de habitabilidad».
Un recordatorio de lo inesperado
El hallazgo de XUE 10 pone de manifiesto algo que los astrónomos conocen bien: el universo rara vez sigue un guion simple. Allí donde los modelos predecían abundancia de agua, aparece dióxido de carbono. Donde se esperaba un disco rico en líneas moleculares, surge un espectro sorprendentemente desnudo.
En palabras sencillas, XUE 10 nos recuerda que los cimientos químicos sobre los que se levantan los planetas pueden ser mucho más diversos de lo que imaginábamos. Quizá en otras estrellas jóvenes, los futuros mundos no tengan océanos como los nuestros, sino atmósferas sofocantes dominadas por gases de efecto invernadero desde su nacimiento.
El misterio apenas ha echado a andar, pero una cosa es segura: gracias a telescopios espaciales como el James Webb, estamos empezando a ver con claridad que los caminos hacia la formación planetaria son múltiples, y que algunos, como el de XUE 10, nos resultan todavía desconcertantes. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Estocolmo
Fuente: Jenny Frediani et al. XUE: The CO2-rich terrestrial planet-forming region of an externally irradiated Herbig disk. Astronomy and Astrophysics (2025). DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202555718
