Modelo estadístico de la distribución de materia de los discos protoplanetarios

Statistical model of the distribution of matter of protoplanetary disks

En la mayoría de modelos de discos protoplanetarios se tiene una distribución continua de gas y polvo, con una dinámica que da origen a los planetas, los cuales en el proceso de formación, hacen surcos en el disco al capturar gravitacionalmente la materia existente a su alrededor. Los discos de transición son una clase de disco protoplanetario que se caracterizan por tener una gran cavidad libre de gas y polvo en su interior. En este artículo se propone un modelo estadístico basado en los discos de transición, el cual se extiende a los discos protoplanetarios. Con este modelo se pueden realizar simulaciones dinámicas de formación planetaria usando pocos parámetros. Se muestra el proceso seguido para simular el disco de transición DoAr44 y el disco protoplanetario Hl-Tauri. A diferencia de otros modelos, la formación de cuerpos planetarios es más rápida.

1. INTRODUCCIÓN

El nacimiento de una o varias estrellas deja como remanente un disco circunestelar, dentro del cual se puede dar la formación planetaria, llamado disco protoplanetario. La investigación de los discos protoplanetarios es esencial para conocer las etapas de evolución que conducen a la formación de los exoplanetas y planetas del sistema solar. Las imágenes de alta resolución de Hl-tauri, obtenidas por ALMA [1] y VLA [2], han revolucionado y desafiado las teorías de formación planetaria, siendo este tema de gran interés y controversia. Una clase de disco circunestelar es el disco de transición, que, en general, son simétricos y tienen una forma toroidal alrededor de su estrella [3,4]. El disco de transición DoAr44 es el disco protoplanetario más simple y simplificado que se puede estudiar y modelar. Y este modelo es la base para describir discos protoplanetarios más complejos como el Hl-Tauri [1].

Un disco de transición puede estar formado por uno o más toroides y, eventualmente, los toroides pueden tener diferentes grados de inclinación [5]. A través de un proceso de acreción, este toroide de polvo y gas forma planetesimales que, al colapsar, dan lugar a un objeto masivo (planeta o planeta enano) y a una serie de objetos más pequeños (asteroides y cometas). Por lo tanto, la formación planetaria debe ocurrir dentro del toroide [2]. En consecuencia, la formación planetaria es más rápida, lo que da una explicación al gran número de exoplanetas que se han encontrado alrededor de las estrellas.

En este trabajo se presenta un modelo estadístico y el proceso seguido para simular el disco de transición con un solo toroide como DoAr44 y el disco protoplanetario Hl-Tauri, formado por varios toroides concéntricos. Se supone que cada toroide tiene su propia dinámica (en este caso, dos toroides permanecen separados) y no se descarta la interacción entre ellos (en este caso, dos toroides se fusionan en uno).

2. DISCOS DE TRANSICIÓN