En las primeras etapas de la historia de nuestro sistema solar, se plantea que un objeto del tamaño de Marte, conocido como Theia, colisionó con la Tierra primitiva, vaporizando grandes cantidades de roca y lanzándolas al espacio. Parte de este material se consolidó para formar la Luna, un objetivo de la NASA en su programa Artemis, que busca llevar de nuevo a humanos a la Luna y preparar la exploración de Marte. Esta colisión violenta, ocurrida hace miles de millones de años, transformó nuestro planeta. Astrónomos han utilizado el Telescopio Espacial James Webb de la NASA para estudiar una clase de sistemas estelares jóvenes que presentan signos de colisiones similares, lo que proporciona pistas sobre la energía involucrada en esos impactos. Los resultados han sido publicados recientemente en The Astrophysical Journal.

El entorno que rodea a una estrella cambia a medida que envejece, comenzando con un disco protoplanetario rico en gas, donde pueden formarse planetas, y evolucionando hacia un disco de escombros pobre en gas. Durante su misión, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA analizó la etapa del disco de escombros y descubrió una subclase denominada discos de escombros extremos. Estos sistemas contienen cantidades inusuales de polvo caliente cerca de la estrella, en una región comparable a la órbita de los planetas rocosos en nuestro sistema solar. Un equipo de astrónomos, liderado por Kate Su del Instituto de Ciencia Espacial en Boulder, Colorado, investigó estos objetos intrigantes con Webb. A pesar de las predicciones teóricas que sugerían que debería haber muchos discos de escombros extremos, las observaciones indican que estos entornos son raros. Se estima que aproximadamente solo el 1% de las estrellas jóvenes presentan firmas observables de esta fase, basándose en los datos recopilados hasta ahora, incluyendo posiblemente nuestro propio sistema solar durante su formación.

Aunque son poco frecuentes, el equipo logró compilar una muestra de 21 discos de escombros extremos, de los cuales cinco provenían de datos archivados de Spitzer y 16 de Webb, con 12 discos observados recientemente y cuatro en seguimiento a partir de las observaciones de Spitzer. “Esta es la primera vez que hemos reunido suficientes sistemas para comprender verdaderamente esta subclase que llamamos discos de escombros extremos”, declaró Su, autora principal del estudio. “Antes de Webb, teníamos información limitada. Sabíamos que son extraños y muy diferentes de los discos de escombros fríos típicos que conocemos, como Vega y Fomalhaut. Ahora que tenemos más datos, podemos precisar lo que estos discos representan para la formación y evolución de planetas”.

El equipo confirmó que los discos de escombros extremos comparten tres propiedades clave: granos de polvo más pequeños que los de los discos protoplanetarios o clásicos, una alta concentración de polvo caliente y variaciones de brillo irregulares, todas reveladas por los espectros de medio infrarrojo de Webb y Spitzer. Para determinar el factor que impulsa estas características, el equipo estudió la composición mineralógica de los discos. Descubrieron que su muestra se podía clasificar en discos ricos en sílice y discos pobres en sílice. El vidrio volcánico como el obsidiana es un ejemplo de material rico en sílice encontrado en la Tierra, mientras que el mineral pobre en sílice forsterita aparece como granos de arena verde en algunas playas de Hawái. La categoría de un disco de escombros extremos proporciona información sobre el tipo de colisiones que producen los escombros de impacto y puede ayudar a explicar su variabilidad en el brillo infrarrojo.

“Poder observar su emisión de medio infrarrojo y las hermosas características espectrales con Webb, que nos permitieron identificar sus composiciones, fue lo más emocionante para mí”, comentó Agnes Kospal del Observatorio Konkoly en Budapest, Hungría, coautora del estudio. “No tenemos otra forma de estudiar estos embriones planetarios directamente porque son demasiado pequeños”. De su muestra, aproximadamente un tercio es rico en sílice, lo que sugiere que estos discos se producen por impactos de alta energía entre cuerpos del tamaño de Marte, donde una parte significativa del material se vaporiza. Los dos tercios restantes de su muestra son pobres en sílice, lo que indica que las colisiones ocurren a escalas más pequeñas, como rozamientos entre objetos del tamaño de la Luna.

Los discos ricos en sílice se encuentran solo alrededor de estrellas más jóvenes que 300 millones de años, mientras que los discos pobres en sílice persisten a través de un amplio rango de edades y a menudo muestran mayor variabilidad en su brillo. El equipo propone que esta variabilidad es impulsada por la rápida evolución de nuevos escombros a través de cambios orbitales y colisiones adicionales. Sus hallazgos pueden aplicarse a nuestro propio sistema solar, que podría haber experimentado más de una fase de disco de escombros extremos. “Cómo se formaron los planetas rocosos y cómo evolucionaron los planetas gigantes son parte de la historia más amplia de la formación del sistema solar. Todo es una sola historia”, afirmó Su. “Nuestro trabajo sobre discos de escombros extremos nos ayuda a reunir el panorama general de lo que actualmente entendemos”.

Las simulaciones sugieren que los planetas terrestres, como la Tierra, deberían formarse dentro de los primeros cientos de millones de años tras la formación de un sistema solar. Este periodo coincide con las edades de los discos extremos ricos en sílice observados hasta ahora y se alinea con la estimación de que la Tierra y la Luna se formaron aproximadamente 100 millones de años después de la formación del Sol, siendo la Luna probablemente el resultado de una colisión entre la Tierra y un objeto del tamaño de Marte. En cuanto a si nuestro Sol pasó por una fase de disco extremo pobre en sílice, si los discos pobres en sílice más antiguos y sus intervalos aleatorios de brillo infrarrojo reflejan inestabilidad orbital, esto sería consistentemente amplio con la hipótesis del Bombardeo Intenso Tardío para nuestro sistema solar. En ese escenario, los planetas gigantes migraron distancias significativas, perturbando gravitacionalmente las órbitas de cuerpos más pequeños y desencadenando colisiones catastróficas que generaron las fases ricas en polvo y de corta duración observadas en los discos de escombros extremos.

“Por supuesto, hay muchas cosas que aún no sabemos sobre estos discos”, comentó Attila Moor del Observatorio Konkoly, coautor del estudio. “No esperamos encontrar sistemas ricos en sílice entre los discos extremos más antiguos. Solo tenemos tres discos en nuestra muestra que cumplen con ese criterio de edad, por lo que será interesante observar más de estos sistemas para confirmar nuestra hipótesis”. El Telescopio Espacial James Webb es el telescopio más potente jamás construido y se considera una herramienta fundamental para la exploración de nuestro universo.

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