Combinando observaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y simulaciones numéricas, el equipo del proyecto ODISEA liderado por el Dr Lucas Cieza, investigador principal del Núcleo Milenio YEMS, infirió cómo los planetas se habrían formado e influido en los discos que les dieron origen, proponiendo y validando una secuencia evolutiva de cinco etapas.

Desde que ALMA capturó en 2014 la sorprendente imagen de HL Tau —con anillos y vacíos en el disco de una estrella recién nacida— la comunidad astronómica buscó explicar cómo podían aparecer estructuras tan complejas en etapas tan tempranas. La sorpresa creció en 2018, cuando el sondeo DSHARP reveló que estos patrones eran comunes en la mayoría de los discos protoplanetarios, encendiendo un debate sobre si realmente eran causados por planetas en formación.

Ahora, utilizando datos de ALMA y simulaciones avanzadas, un equipo liderado por Santiago Orcajo (Instituto de Astrofísica de La Plata; CONICET y Universidad Nacional de La Plata, Argentina) presentó un nuevo modelo que trazó la evolución de estos discos en cinco etapas. Los resultados respaldaron con fuerza un origen planetario para las subestructuras y ofrecieron nuevas pistas sobre cómo los planetas interactúan con los discos que los originan.

Los 15 discos protoplanetarios más brillantes de Ofiuco (observados por el proyecto ODISEA y DSHARP), en los que se puede observar la presencia de anillos y surcos de diferentes tamaños que indican la presencia de cuerpos en formación. Crédito: Orcajo, S. et al. (2025).

En 2021, el proyecto ODISEA propuso una secuencia de cinco etapas para explicar la diversidad de morfologías observadas. Aunque inicialmente era una idea conceptual, el nuevo trabajo, apoyado en datos de ALMA y en simulaciones con los códigos PlanetaLP y RADMC-3D, reprodujo cada una de las etapas, entregando un respaldo numérico sólido a la hipótesis.

“En ciencia buscamos patrones y similitudes y tratamos de encontrar la explicación más simple que dé cuenta de muchas observaciones. Vimos que los discos podían agruparse con propiedades distintas, quizá etapas de un mismo proceso subyacente: la formación de planetas”, comentó Lucas Cieza, líder de ODISEA y profesor del Instituto de Estudios Astrofísicos de la UDP.

La secuencia en cinco etapas

ODISEA clasificó los discos protoplanetarios en cinco etapas evolutivas, cada una asociada a señales de interacción planeta–disco:

• Etapa I: Discos muy jóvenes con subestructuras superficiales o inexistentes; los protoplanetas aún no abrían surcos perceptibles.
• Etapa II: Aparición de surcos y anillos relativamente estrechos, señalando el crecimiento de protoplanetas.
• Etapa III: Ensanchamiento rápido de surcos por el aumento brusco de masa al adquirir envolturas gaseosas; se acumula polvo en los bordes exteriores por “saltos de presión”.
• Etapa IV: Filtración de polvo en los bordes de cavidades y discos internos empobrecidos en polvo; el polvo milimétrico migra y se acumula eficientemente.
• Etapa V: Drenaje completo del polvo interno hacia la estrella; los discos externos devienen en uno o varios anillos estrechos.

Figura ilustrativa de la secuencia evolutiva propuesta por ODISEA. (Imagen referencial)

Las simulaciones mostraron que planetas gigantes crean vacíos y barreras de presión que redistribuyen gas y polvo, acumulando material milimétrico en bordes de los vacíos y formando anillos observables con ALMA. Con PlanetaLP, el equipo exploró configuraciones de masas y órbitas que, tras miles de años de evolución, generaron discos con anillos y vacíos comparables a los observados. En varias pruebas, la presencia de planetas prolongó la vida del disco interno, y el modelo fue capaz de recrear la secuencia evolutiva completa, originalmente inspirada en casos como Elias 2-24.

“Vimos que PlanetaLP permite encontrar configuraciones de planetas que, al evolucionar, generan anillos y vacíos como los que vemos con ALMA. Inicialmente queríamos reproducir Elias 2-24, pero luego comprobamos que el código podía recrear toda la secuencia”, concluyó Santiago Orcajo, autor principal.

El estudio también reforzó la interpretación de la icónica imagen de HL Tau: las subestructuras observadas serían, en gran medida, señales de planetas en formación. “Este tipo de estudios es muy importante para ALMA, porque respalda uno de sus descubrimientos más emblemáticos”, destacó Antonio Hales (astrónomo de ALMA y coautor). “No solo observamos discos; somos testigos de la formación planetaria en tiempo real. ALMA se consolida como una herramienta poderosa para detectar planetas”.

Los resultados, a la vez, subrayaron desafíos abiertos: explicar cómo se forman planetas masivos tan rápido y a grandes distancias estelares, y avanzar hacia la detección de planetas rocosos más pequeños en discos menos masivos, clave para comprender el origen de sistemas como el nuestro.

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Información adicional

Los resultados se publicaron en The Astrophysical Journal Letters en el artículo de Orcajo et al.: “The Ophiuchus DIsk Survey Employing ALMA (ODISEA): A Unified Evolutionary Sequence of Planet-Driven Substructures Explaining the Diversity of Disk Morphologies”.

El equipo estuvo conformado por jóvenes investigadores del Instituto de Astrofísica de La Plata (CONICET y Universidad Nacional de La Plata, Argentina) y del Núcleo Milenio para el estudio de Exoplanetas Jóvenes y sus Lunas (YEMS, Chile), financiado por ANID (Iniciativa Científica Milenio) y albergado en la Universidad Diego Portales, la Universidad de Santiago de Chile, la Pontificia Universidad Católica de Chile y la Universidad de Concepción.

ALMA, una instalación astronómica internacional, es una asociación entre ESO, la NSF (EE. UU.) y NINS (Japón) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro; por NSF en cooperación con NRC (Canadá) y NSTC (Taiwán); y por NINS en cooperación con Academia Sinica (Taiwán) y KASI (Corea del Sur). La construcción y operaciones están a cargo de ESO, NRAO (operado por AUI) y NAOJ; el JAO lidera la dirección general, la puesta en marcha y las operaciones.

Fuente: ALMA press release.