ALMA obtiene la mejor imagen de un disco protoplanetario

30 marzo, 2016

Los planetas se forman en discos de polvo y gas alrededor de jóvenes estrellas. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) produjo nuevas imágenes con un nivel de detalle sin precedentes en las que se observa el disco protoplanetario que circunda una estrella similar al Sol. En el disco, se aprecia un llamativo vacío, separado de su estrella por la misma distancia que separa a la Tierra del Sol, lo que podría ser indicio de que está empezando a formarse una joven versión de nuestro planeta, o quizá una súper-Tierra, mucho más masiva.

La estrella, conocida como TW Hydrae, suele atraer el interés de los astrónomos debido a su cercanía a la Tierra (se encuentra a unos 175 años luz) y por el hecho de ser una verdadera recién nacida (tiene unos 10 millones de años). Además, como toda la estructura se ve de frente desde la Tierra, los astrónomos tienen una vista completa del disco sin distorsiones, lo que constituye un verdadero privilegio.

“En estudios hechos anteriormente con radiotelescopios y telescopios ópticos se confirmó que esta estrella tiene un disco prominente cuyas características permiten suponer que allí están empezando a formarse nuevos planetas”, afirma Sean Andrews, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, en Cambridge (Massachusetts), autor principal de un artículo publicado hoy en The Astrophysical Journal Letters. “Las nuevas imágenes de ALMA muestran el disco con un nivel de detalle sin precedentes, y revelan la presencia de unos brillantes anillos de polvo concéntricos con unos vacíos oscuros, características intrigantes que hacen suponer que allí se está formando un planeta con una órbita similar a la de la Tierra”.


Imagen generada por ALMA del disco protoplanetario alrededor de la joven estrella TW Hydrae, similar a nuestro Sol. La imagen del recuadro (en la parte superior derecha) muestra un vacío oscuro cerca de la estrella, a una distancia similar a la que existe entre la Tierra y el Sol: un indicio de que el polvo y el gas allí presentes podrían estar dando nacimiento a un planeta similar al nuestro. Las demás zonas concéntricas de luz y oscuridad en partes más alejadas del disco representan otras zonas de formación planetaria. Crédito: S. Andrews (CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Descargar imagen

Asimismo, se observan otros vacíos evidentes a 3.000 y 6.000 millones de kilómetros de la estrella central, distancias similares a las que separan el Sol de Urano y Plutón en nuestro Sistema Solar. Es muy probable que Urano y Plutón también sean el resultado de un proceso de aglomeración de partículas y hayan terminado barriendo todo el polvo y el gas en el trayecto de su órbita, esparciendo el material remanente en franjas bien definidas.


Imagen obtenida con ALMA del disco alrededor de la joven estrella TW Hydrae. Se trata de la mejor imagen de un disco protoplanetario conseguida hasta ahora con ALMA y revela los clásicos anillos y vacíos que hacen suponer la formación de planetas en este sistema. Crédito: S. Andrews (CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Descargar imagen

En estas nuevas observaciones de TW Hydrae, los astrónomos tradujeron en imágenes las débiles ondas de radio emitidas por granos de polvo milimétricos presentes en el disco, revelando detalles en distancias como la que separa a la Tierra del Sol (150 millones de kilómetros). Estas observaciones se lograron gracias a la alta resolución de ALMA y su configuración de línea de base larga. Cuando se adopta la configuración más amplia de ALMA, sus antenas quedan separadas por distancias de hasta 15 kilómetros, y de esa forma son capaces de alcanzar un mayor nivel de detalle. “Esta es la imagen de mayor resolución espacial que haya generado ALMA de un disco protoplanetario, un récord que será difícil de batir”, afirma Andrews [1].


La región central del disco protoplanetario de TW Hydrae obtenida con ALMA. La imagen tiene una resolución de 1 UA (Unidad Astronómica, la distancia existente entre la Tierra y el Sol en nuestro Sistema Solar). La nueva imagen de ALMA revela un vacío en el disco a 1 UA, lo que hace suponer que allí se está formando un planeta con una órbita similar a la de la Tierra. Crédito: . S. Andrews (CfA); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) | Descargar imagen

“TW Hydrae es bastante especial. Es el disco protoplanetario más cercano a la Tierra entre los que conocemos, y podría ser muy similar a lo que era nuestro Sistema Solar cuando tenía apenas 10 millones de años”, señala David Wilner, también del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, quien colaboró en la redacción del artículo.

En observaciones realizadas anteriormente con ALMA a otro sistema, HL Tau, se reveló que incluso los discos protoplanetarios más jóvenes —de tan solo 1 millón de años— pueden presentar rasgos similares que delatan la formación de planetas. Al estudiar el disco de TW Hydrae, que se encuentra en una etapa más avanzada, los astrónomos esperan entender mejor la evolución de nuestro propio planeta y contribuir a la búsqueda de otros sistemas similares en la Galaxia.

La próxima etapa de investigación consistirá en determinar cuán comunes son estos fenómenos en discos que rodean otras jóvenes estrellas y cómo podrían cambiar con el tiempo o según las condiciones del entorno.

Animación de un disco protoplanetario. Se observan planetas recién formados desplazándose alrededor de la estrella anfitriona y barriendo el polvo y el gas de sus órbitas. Estas mismas estructuras en forma de anillo fueron observadas recientemente por ALMA alrededor de la joven estrella TW Hydrae. Créditos: Fundación Nacional para la Ciencia de EE. UU., A. Khan

Nota

[1] La resolución angular de las imágenes de HL Tauri era similar a estas nuevas observaciones, pero como TW Hydrae está mucho más cerca de la Tierra, se observan detalles más finos.

Información adicional

Esta investigación se ha presentado en el artículo científico “Ringed Substructure and a Gap at 1 AU in the Nearest Protoplanetary Disk” (‘Subestructura circular y un vacío a 1 UA en el disco protoplanetario más cercano’), por S.M. Andrews et al., y aparece en la revista Astrophysical Journal Letters.

El equipo está formado por Sean M. Andrews (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); David J. Wilner (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Zhaohuan Zhu (Universidad de Princeton, Princeton, Nueva Jersey, EE.UU.); Tilman Birnstiel (Instituto Max-Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania); John M. Carpenter (Observatorio Conjunto ALMA, Santiago, Chile); Laura M. Pérez (Instituto Max-Planck de Radioastronomía, Bonn, Alemania); Xue-Ning Bai (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); Karin I. Öberg (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.); A. Meredith Hughes (Universidad Wesleyan, Observatorio Van Vleck, Middletown, EE.UU.); Andrea Isella (Universidad Rice, Houston, Texas, EE.UU.) y Luca Ricci (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (Korea Astronomy and Space Science Institute, KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

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