Por Lucas Cieza

¿Cómo se forman las estrellas? ¿Y los planetas? Son preguntas simples, y cualquier desprevenido aseguraría que la astronomía ya ha encontrado hace tiempo una respuesta satisfactoria. Pese a los avances científicos, aún quedan por resolver muchas de las cuestiones básicas en torno a los procesos de formación estelar y planetaria.
Sabemos que las estrellas se forman en gigantescas nubes de hidrógeno molecular cuando por alguna razón una región de estas nubes se vuelve lo suficientemente densa para colapsar por su propia gravedad. Las nubes moleculares son muy frías, pero a medida que la densidad de la región central aumenta, también lo hace la presión y la temperatura, por lo que la región emite más y más energía convirtiéndose en una proto-estrella. Eventualmente, la temperatura de la proto-estrella alcanza el punto necesario para iniciar reacciones termonucleares y dar origen a una estrella. El proceso de formación planetaria está relacionado con el proceso de formación estelar. Sucede que una nube molecular debe contraerse millones de veces para formar una estrella, por lo cual la más minúscula rotación de la nube primordial es enormemente amplifica. El resultado es que mucho del material original no cae directamente en la proto-estrella, sino que termina formando un disco “protoplanetario” de polvo del cual se forman los planetas.
Pero muchas cosas aún no cierran. Respecto a la formación de los planetas, los astrónomos aún no están de acuerdo, incluso en la descripción fundamental del proceso. De acuerdo a la teoría tradicional sobre la formación del Sistema Solar, conocida como “acumulación de planetesimales”, los planetas rocosos como la Tierra se forman mediante la colisión y acumulación sucesiva de partículas de polvo en el disco planetario. De esta manera se forman asteroides y cometas, y éstos eventualmente forman objetos de tamaño planetario. De acuerdo a esta teoría, los planetas gigantes como Júpiter se forman cuando un núcleo rocoso se vuelve lo suficientemente masivo y su gravedad empieza a atraer el gas del disco protoplanetario. Sin embargo, hay problemas con esta descripción. Por un lado, las simulaciones por computadora indican que se requieren unos 10 millones de años para formar un núcleo rocoso, lo suficientemente masivo para atraer el gas necesario para formar un planeta gigante. Pero por otro lado, se cree que la mayoría de los discos protoplanetarios se disipan en unos 3 millones de años, lo cual no daría el tiempo suficiente para la formación de planetas gigantes. Ya que en los últimos años hemos descubierto que los planetas gigantes son comunes en otros sistemas planetarios, también se ha propuesto que éstos se formanrápidamente mediante el colapso gravitatorio del disco protoplanetario en manera análoga a las estrellas.
Una de las dificultades para el estudio de la formación de estrellas y planetas es que los telescopios ópticos (que estudian la luz visible) no son apropiados para observar estos procesos. Para ver la radiación emitida por las proto-estrellas y los discos protoplanetarios se necesitan telescopios sensibles a la radiación infrarroja. El año pasado la NASA puso en órbita el Telescopio Espacial Spitzer, que es capaz de observar este tipo de radiación. Para aprovechar al máximo las capacidades únicas del Spitzer, la NASA seleccionó seis proyectos a gran escala. Uno de estos proyectos, llamado “De Núcleos Moleculares a Discos Protoplanetarios” (o C2D, por sus siglas en inglés), fue especialmente diseñado para estudiar la formación de estrellas y sistemas planetarios. En el marco de este proyecto, que es liderado por astrónomos de la Universidad de Texas, Spitzer esta creando enormes mapas de nubes moleculares en siete longitudes de onda infrarrojas. Estos mapas están formados por miles de imágenes y contienen una enorme cantidad de estrellas y discos protoplanetarios en distintos estados de evolución. La tarea de los astrónomos es reconstruir a partir de estas imágenes los procesos que dan origen a las estrellas y a los planetas. Para ello, la NASA hará públicos los mapas para que la comunidad astronómica mundial pueda participar en su interpretación científica, que probablemente requerirá varios años.
Sin embargo, ya que Spitzer tiene capacidades sin precedentes, los descubrimientos no se han hecho esperar. De hecho, el primer objeto observado para el proyecto C2D durante el primer día de operación científica del telescopio Spitzer, resultó contener en su interior una proto-estrella en el estado más primitivo de evolución estelar jamás observado. Rápidamente este objeto, conocido como L1014, pasó del total anonimato a ser observado por decenas de telescopios terrestres para analizar las propiedades físicas de la región que rodea a esta protoestrella.
Por el lado del estudio de la formación de planetas, los resultados preliminares no han sido menos interesantes. En esta área, la principal tarea de Spitzer es estudiar la estructura de los discos protoplanetarios de estrellas de distintas edades para poder comparar las observaciones con las predicciones de las diferentes teorías de formación planetaria. Los resultados preliminares indican no sólo que la estructura de los discos protoplanetarios es diferente a la que se suponía sino además que las estrellas con discos protoplanetarios no son tan jóvenes como se pensaba. Estos dos descubrimientos están relacionados. Para calcular la edad de una estrella hay que determinar su luminosidad y su temperatura, y después compararlas con modelos teóricos que describen cómo éstas cambian a medida que la estrella evoluciona. Los astrónomos suelen determinar la luminosidad de una estrella midiendo su brillo en una longitud de onda en particular. Contrariamente a lo que se pensaba, los discos protoplanetarios también emiten radiación en esta longitud de onda. Esto quiere decir que las estrellas con discos protoplanetarios (T Tauri) son menos brillantes de lo que se pensaba. Que las estrellas T Tauri sean menos brillantes implica que éstas son más viejas, que los discos protoplanetarios duran más de lo que se suponía, y que los planetas tienen más tiempo para formarse; quizás el tiempo sea suficiente para permitir que éstos se formen mediante “acumulación de planetesimales”, el mecanismo tradicionalmente usado para explicar la formación del Sistema Solar.
Estos resultados son sólo la punta del iceberg de un conjunto de descubrimientos imposible de predecir. Apenas un adelanto del fascinante legado que el Telescopio Espacial Spitzer le dejará a la Humanidad durante sus cortos 5 años de vida.

Lucas Cieza es astrónomo (Universidad de Texas, EE.UU.) y forma parte del equipo que analiza los datos del telescopio espacial Spitzer.