”Estrellas de la muerte” en Orión desintegran planetas antes de que se formen

10 marzo, 2014

La nebulosa de Orión alberga cientos de estrellas jóvenes y protoestrellas algunas de las cuales cuentan con discos protoplanetarios, conocidos como proplyds. Muchos de estos sistemas terminan transformándose en nuevos sistemas planetarios, mientras otros verán sus componentes de polvo y gas desintegrados por la intensa radiación ultravioleta emitida por estrellas masivas de tipo O presentes en las inmediaciones.

Un equipo de astrónomos de Canadá y Estados Unidos utilizó ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, para estudiar las relaciones, a menudo fatales, entre las estrellas altamente luminosas de tipo O y las protoestrellas cercanas de la nebulosa de Orión. Sus datos revelaron que las protoestrellas que se encuentran en un radio de hasta 0,1 años-luz (más de 965.000 millones de kilómetros) de una estrella de tipo O están condenadas a ser despojadas de sus núcleos de polvo y gas en apenas algunos millones de años, un plazo mucho más corto del que necesitan los planetas para formarse.

“Las estrellas de tipo O, verdaderos monstruos si se comparan con nuestro Sol, emiten enormes cantidades de radiación ultravioleta que pueden causar grandes estragos durante el desarrollo de sistemas planetarios jóvenes”, afirma Rita Mann, astrónoma del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, en Victoria, y autora principal de un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal. Agrega que “con ALMA observamos docenas de estrellas embrionarias con potencial de formación planetaria y, por primera vez, vimos claros indicios de discos protoplanetarios que simplemente se esfumaban ante el brillo intenso de una estrella masiva cercana”.

Muchas estrellas similares al Sol —si no todas— nacen en incubadoras estelares muy pobladas similares a la nebulosa de Orión. En un período de apenas algunos millones de años, los granos de polvo y las nubes de gas se fusionan para formar cuerpos más grandes y densos. De mantenerse relativamente intactos, estos sistemas evolucionan hasta formar verdaderos sistemas solares con planetas grandes y pequeños para, en última instancia, alejarse y pasar a formar parte de la población estelar galáctica.

Los astrónomos creen que las estrellas masivas de vida corta presentes dentro y alrededor de las grandes nubes interestelares son esenciales para este proceso de formación estelar. Al llegar al fin de su vida, las estrellas masivas explotan y se convierten en supernovas, un fenómeno que siembra el área circundante con polvo y elementos pesados que terminan incorporándose a la siguiente generación de estrellas. Estas explosiones también proporcionan el impulso necesario para dar inicio a una nueva ronda de formación de estrellas y planetas. No obstante, mientras brillen intensamente, estas enormes estrellas pueden ser mortales para los planetas de los sistemas solares embrionarios que se acerquen demasiado.

“Las estrellas masivas son calientes y cientos de veces más luminosas que nuestro Sol”, explica James Di Francesco, también miembro del Consejo Nacional de Investigación de Canadá. “Sus fotones energéticos pueden aniquilar rápidamente un disco protoplanetario cercano calentando su gas y desintegrándolo hasta barrerlo del mapa”, señala.

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Ilustración de dos discos protoplanetarios, o protoestrellas, alrededor de una estrella masiva de tipo O. El polvo y el gas del disco protoplanetario más cercano están siendo desintegrados por la radiación emitida por la estrella. El disco más distante logra mantener su potencial de formación planetaria. Créditos: NRAO/AUI/NSF; B. Saxton.

Anteriormente el telescopio espacial Hubble había producido imágenes sorprendentes de discos protoplanetarios presentes en Orión, muchos de los cuales tenían forma de gota debido a que su contenido de polvo y gas era expulsado por el efecto de alguna estrella masiva cercana. Sin embargo, estas imágenes ópticas no revelaban nada acerca de la cantidad de polvo existente o sobre cómo cambiaban las concentraciones de polvo y gas en función de la presencia de estrellas masivas.

Las nuevas observaciones realizadas con ALMA revelaron la existencia de estos y otros discos protoplanetarios desconocidos hasta entonces, lo que básicamente duplicó la cantidad de discos descubiertos en esa área. ALMA también pudo observar más allá de su apariencia superficial escarbando en su interior para medir la masa de estos discos.

Al combinar estos resultados con estudios hechos anteriormente con el Submillimeter Array (SMA) de Hawái, los investigadores descubrieron que cualquier protoestrella presente alrededor de una estrella masiva, en la zona donde hay emisiones extremas de rayos UV, sufre una rápida destrucción del material que compone su disco. En efecto, los discos protoplanetarios que se encuentran en esa área retienen solo una fracción (mitad o incluso menos) de la masa necesaria para convertirse en un planeta del tamaño de Júpiter. En tanto, fuera del radio de 0,1 años-luz, en la zona dominada por las emisiones ultravioletas lejanas, los investigadores observaron una amplia gama de discos con masas de entre 1 y 80 veces la masa de Júpiter, proporciones similares a la cantidad de polvo presente en regiones de formación de estrellas de baja masa.

“Nuestras investigaciones con ALMA indican que las regiones con niveles extremos de UV no solo son inhóspitas, sino derechamente peligrosas para los planetas en formación. No obstante, a una distancia suficiente las condiciones son mucho más amenas”, señala Mann. “Este trabajo es realmente la punta del iceberg en términos que lo que se descubrirá con ALMA. Esperamos llegar a entender cuán comunes son los sistemas solares como el nuestro”.

Información adicional 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO), en América del Norte por la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos (NSF) en cooperación con Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencias (NSC) de Taiwán; y en Asia Oriental  por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Observatorio Conjunto ALMA (Joint ALMA Observatory, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA.

Los resultados de esta investigación se publicarán hoy en la revista Astrophysical Journal.

En este estudio también participaron Doug Johnstone, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá; Sean M. Andrews, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; Jonathan P. Williams, de la Universidad de Hawái; John Bally, de la Universidad de Colorado; Luca Ricci, del California Institute of Technology; A. Meredith Hughes, de Wesleyan University; y Brenda C. Matthews, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá.

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