ALMA desvela cómo evolucionan los discos protoplanetarios que crean planetas
Un estudio internacional liderado por astrónomos de la Universidad de Arizona descubre cómo el gas y el polvo evolucionan en los discos protoplanetarios alrededor de estrellas jóvenes, con datos sin precedentes de ALMA, el gran observatorio del desierto de Atacama.
Por Enrique Coperías
Concepto artístico de un disco de formación planetaria, como los treinta estudiados para el sondeo AGE-PRO de ALMA. El tiempo de vida del gas dentro del disco determina la escala de tiempo para el crecimiento planetario. Imagen generada con DALL-E
Un equipo internacional de astrónomos, del que forman parte investigadores del Laboratorio Lunar y Planetario (LPL) de la Universidad de Arizona, acaba de anunciar unos descubrimientos revolucionarios sobre los discos de gas y polvo que giran alrededor de jóvenes estrellas similares al Sol.
Estos discos, conocidos como discos protoplanetarios, son las cunas de los sistemas planetarios, como el Sistema Solar. El equipo astronómico utilizó el telescopio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uno de los instrumentos más poderosos del mundo para observar el universo frío y oscuro, que está ubicado en el desierto de Atacama (Chile), para estudiar cómo estos discos cambian con el tiempo.
Los resultados, publicados en una serie de doce artículos en una edición especial de la prestigiosa revista Astrophysical Journal, forman parte del programa AGE-PRO (ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks), una de las investigaciones más completas hasta la fecha sobre la evolución del gas en discos protoplanetarios.
El proyecto AGE-PRO representa un salto cualitativo en nuestra comprensión de cómo se forman los sistemas solares como el nuestro y qué condiciones determinan la aparición de planetas gigantes gaseosos como Júpiter o de mundos rocosos como la Tierra.
¿Qué son los discos protoplanetarios?
Los discos protoplanetarios, en cuyo interior se forman los planetas, los asteroides y los cometas, están formados principalmente por gas (alrededor del 99% de su masa) y una fracción menor de polvo. Hasta ahora, la mayoría de los estudios se habían centrado en este polvo, que es más fácil de detectar con telescopios. Sin embargo, el polvo por sí solo no cuenta toda la historia de la formación planetaria.
AGE-PRO es el primer programa de su tipo que mide de forma sistemática y directa la evolución del gas en estos discos a lo largo de varios millones de años. Esto ha permitido comparar cómo se comportan el gas y el polvo con el paso del tiempo, y así revelando que sus tasas de disipación son diferentes.
«Ahora tenemos ambos, el gas y el polvo —explica la profesora Ilaria Pascucci, científica planetaria de la Universidad de Arizona y una de las coinvestigadoras principales del estudio. Y añade—: Observar el gas es mucho más difícil, porque requiere tiempos de observación mucho más largos. Por eso es necesario un programa de gran escala como este, que nos permita construir una muestra estadísticamente representativa».
Por qué es gas es importante para el disco
El gas no solo constituye la mayor parte del disco, sino que su presencia y comportamiento influyen profundamente en el tipo de planetas que pueden formarse. Por ejemplo, los planetas gigantes, como Júpiter, requieren una gran cantidad de gas para formar sus envolturas masivas, mientras que los planetas rocosos, como la Tierra y Marte, pueden formarse incluso si el gas ya ha comenzado a disiparse.
Según Ke Zhang, investigador principal del proyecto y astrónomo en la Universidad de Wisconsin-Madison, en Estados Unidos, uno de los hallazgos más sorprendentes del estudio es que aunque la mayoría de los discos protoplanetarios se disipan relativamente rápido, aquellos que logran sobrevivir varios millones de años conservan más gas del que los modelos previos predecían.
Esto implica que los planetas gigantes deben formarse muy rápido, antes de que el gas desaparezca. Una formación planetaria tardía podría impedir que estos planetas acumulen una envoltura gaseosa óptima para su gestación.
En contraste, los planetas rocosos tienen una ventana temporal más larga para desarrollarse, lo cual encaja con observaciones recientes que sugieren que estos mundos son más comunes en la galaxia que los gigantes gaseosos.
Cerca de la estrella, las partículas de polvo se convierten en planetesimales y planetas similares a la Tierra. Más lejos, el gas se acumula en los núcleos planetarios para crear gigantes similares a Júpiter. Cortesía: NASA/FUSE/Lynette Cook
Gas y polvo: dos historias distintas de evolución
Durante sus observaciones, los investigadores detectaron un patrón clave: el polvo y el gas no evolucionan al mismo ritmo. Mientras que el polvo puede permanecer en el disco durante millones de años, el gas tiende a dispersarse más rápidamente al principio, y luego a un ritmo más lento en las etapas tardías del disco.
Esta evolución afecta no sólo al tipo de planetas que pueden formarse, sino también a cuándo y dónde lo hacen dentro del sistema.
«El gas se comporta de forma más dinámica y sensible al entorno. Los procesos de fotoevaporación, la radiación de la estrella anfitriona y la interacción con planetas en formación pueden acelerar su dispersión», explica Pascucci.
Estos resultados permiten afinar los modelos de formación planetaria, ya que las observaciones anteriores —en su mayoría centradas en el polvo— daban una visión parcial. Con AGE-PRO, los astrónomos ahora pueden comparar directamente los perfiles de evolución de ambos componentes.
Cómo ALMA detectó el gas en los discosres
El estudio se centró en tres conocidas regiones de formación estelar: Ofiuco, Lupus y Escorpio Superior, que representan diferentes etapas evolutivas, con edades comprendidas entre 1 y 6 millones de años.
✅ Ofiuco está ubicada a unos 400 años luz de la Tierra, donde nacen estrellas jóvenes y se observan discos protoplanetarios. También da nombre a una constelación del zodíaco.
✅ Lupus es un auténtico paritorio estelar situado en la Vía Láctea, a unos 400-500 años luz de la Tierra, rico en estrellas jóvenes y discos protoplanetarios. También es una constelación austral, cuyo nombre significa el lobo en latín.
✅ Escorpio Superior es una subregión de la asociación estelar de Escorpio-Centauro, una de las agrupaciones de estrellas jóvenes más cercanas a la Tierra (a unos 450 años luz). Es más evolucionada que Ofiuco y Lupus, y contiene estrellas y discos protoplanetarios de mayor edad (hasta 6 millones de años), lo que la hace ideal para estudiar las últimas etapas de la formación planetaria.
Treinta discos protoplanetarios, a examen
Estas tres regiones de formación estelar permitió a Pascucci y sus colegas obtener una imagen completa de cómo los discos protoplanetarios cambian con el tiempo. Se seleccionaron treinta discos alrededor de estrellas similares al Sol, para de este modo cubrir un rango representativo de masas, tamaños y entornos locales.
AGE-PRO también destaca por ser la primera gran encuesta química de este tipo, gracias a la sensibilidad de ALMA para detectar líneas moleculares tenues, que actúan como huellas dactilares de diferentes tipos de moléculas.
«Gracias a estas observaciones largas y profundas, ahora tenemos la capacidad de estimar y seguir la evolución de las masas de gas no solo en los discos más brillantes, sino también en los más tenues y pequeños, que antes eran inaccesibles”, explicó Dingshan Deng, estudiante de doctorado en el LPL y autor principal de uno de los artículos.
Su trabajo se centró en el análisis de los discos en la región de Lupus. Deng destaca que fue posible detectar trazadores de gas incluso en discos donde antes no se habían observado, lo que le permitió construir una muestra que abarca una gama mucho más amplia de condiciones físicas que en estudios previos.
Más allá del monóxido de carbono
El monóxido de carbono (CO) ha sido durante años el principal trazador químico para estudiar la masa de gas en los discos protoplanetarios. Sin embargo, se trata de un trazador imperfecto, ya que puede congelarse en las regiones más frías del disco o fotodisociarse por la radiación estelar. Por eso, el equipo incorporó también otras moléculas como:
✅ El N₂H⁺ (diazenilio), un ion que se utiliza para rastrear el nitrógeno molecular, y que permite una medición más precisa del contenido gaseoso en las zonas más frías.
✅ ALMA tanmbién fue configurado para detectar formaldehído, cianuro de metilo y compuestos que contienen deuterio, un isótopo del hidrógeno que desempeña un papel importante en la química prebiótica.
Estos hallazgos también abren nuevas preguntas sobre cómo evoluciona la química de los discos a lo largo del tiempo, y si las condiciones para la formación de moléculas orgánicas complejas —precursoras de la vida— son comunes o raras en sistemas planetarios en formación.
Imagen de una parte del complejo de nubes de Lupus, obtenida con datos combinados de los telescopios espaciales Herschel y Planck de la ESA. Las zonas brillantes muestran la emisión del polvo interestelar en tres longitudes de onda (250, 350 y 500 micras), mientras que las líneas en forma de cortina indican la orientación del campo magnético. Este complejo, ubicado en la constelación de Escorpio, alberga cuatro regiones principales de formación estelar y es una de las mayores zonas del cielo donde se forman estrellas de baja masa. Cortesía: ESA/Herschel/Planck; J. D. Soler, MPIA
La sorprendente uniformidad de la proporción gas-polvo
Uno de los descubrimientos que más sorprendió al equipo fue que la proporción entre gas y polvo es más uniforme de lo que se creía previamente, independientemente del tamaño del disco. Es decir, los discos más pequeños no necesariamente pierden su gas más rápidamente, como se había sugerido en estudios anteriores.
«Esto sugiere que hay procesos que regulan esta proporción de forma más eficiente de lo que pensamos —comenta Deng en un comunicado de la Universidad de Arizona. Y añade—: Podría haber mecanismos internos o externos que equilibran la pérdida de gas y polvo, como la acción de campos magnéticos, turbulencias o incluso la influencia de planetas en formación».
Un legado científico duradero
El proyecto AGE-PRO no solo nos ofrece resultados inéditos, sino que también deja un legado científico valiosísimo: una base de datos de observaciones espectrales de alta resolución sobre treinta discos protoplanetarios en distintas fases de evolución.
Esta biblioteca astronómica será una herramienta fundamental para futuros estudios, no solo para entender la formación planetaria, sino también para comparar con datos de otras misiones, como el telescopio Espacial James Webb (JWST), que está especializa en el infrarrojo y puede explorar moléculas complejas en estos entornos.
«Estamos dejando un recurso científico duradero que podrá ser aprovechado por investigadores de todo el mundo en los próximos años —afirma Pascucci—. Se trata de un esfuerzo colectivo que realmente expande las fronteras de lo que entendemos sobre el origen de los sistemas planetarios».
¿Por qué importa esto para el futuro de la astrobiología?
El estudio AGE-PRO aporta piezas esenciales al gran rompecabezas de la formación de planetas. Comprender cómo evolucionan los discos protoplanetarios es crucial no solo para saber cómo se forman los planetas, sino también para responder preguntas más profundas: ¿cuán común es la formación de sistemas planetarios como el nuestro? ¿Cuáles son las condiciones necesarias para la aparición de mundos habitables?
En un cosmos con más de 100.00 millones de estrellas, cada una con potencial para albergar su propio sistema de planetas, entender las reglas del juego cósmico es un paso indispensable para entender nuestro lugar en el universo.
AGE-PRO ha dado ese paso con firmeza, abriendo así nuevas ventanas al origen de los mundos y aportando una mirada sin precedentes al proceso más fundamental de todos: la creación de planetas. Y, quizá, de futuras Tierras. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Arizona
Fuente: Dingshan Deng et al. The ALMA Survey of Gas Evolution of PROtoplanetary Disks (AGE-PRO): III. Dust and Gas Disk Properties in the Lupus Star-forming Region. arXiv (2025). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2506.10734
