Incluso las enanas cafés podrían dar a luz planetas rocosos

30 noviembre, 2012

Por primera vez, utilizando el conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), un equipo de astrónomos ha descubierto que las regiones exteriores del disco polvoriento que rodea a una enana café contienen granos sólidos de tamaño milimétrico como los que se encuentran en discos más densos alrededor de estrellas recién nacidas. El sorprendente hallazgo supone un reto para las teorías sobre cómo se forman los planetas rocosos del tamaño de la Tierra, y sugiere que los planetas rocosos pueden ser más comunes de lo que se pensaba.

Se cree que los planetas rocosos se forman a través de colisiones aleatorias y la unión de lo que, en un principio, serían partículas microscópicas del disco de material que rodea a las estrellas. Estos granos diminutos, conocidos como polvo cósmico, son parecidos al hollín o a granos de arena muy fina. Sin embargo, en las regiones exteriores alrededor de una enana café -un objeto parecido a las estrellas, pero demasiado pequeño para brillar como una estrella- los astrónomos esperaban que los granos no pudieran crecer porque los discos estaban muy dispersos y las partículas se moverían demasiado rápido como para unirse tras chocar unas con otras. Además, las teorías predominantes afirman que cualquier grano que llegara a formarse se movería con rapidez hacia la enana café, con lo que desaparecería de las partes exteriores del disco donde se hubiera detectado.

“Nos sorprendió muchísimo encontrar granos de tamaño milimétrico en ese pequeño y delgado disco”, manifestó Luca Ricci, del Instituto Tecnológico de California (EE.UU.), quien lidera un equipo de astrónomos con sedes en Estados Unidos, Europa y Chile.  “En las frías regiones exteriores del disco que rodea a la enana café no debería poder formarse granos sólidos de ese tamaño, pero parece que sí lo hacen. No estamos seguros de que puedan desarrollarse planetas rocosos completos, o de si ya ha sucedido, pero estamos viendo los primeros pasos del proceso, de manera que tendremos que cambiar nuestras suposiciones sobre las condiciones que se requieren para que se formen los objetos sólidos”, afirmó.

El mayor poder de resolución de ALMA, en comparación con otros telescopios, también ha permitido al equipo detectar la presencia de gas monóxido de carbono alrededor de la enana café. Es la primera vez que se detecta ese gas molecular frío en este tipo de discos. Este descubrimiento, junto con el de los granos de tamaño milimétrico, sugiere que el disco es más parecido a los que se encuentran en torno a estrellas jóvenes de lo que se creía.

Ricci y sus colegas llevaron a cabo este descubrimiento utilizando parte de las antenas de ALMA instaladas en el desierto chileno, que se encuentra a una gran altitud. ALMA es un conjunto de antenas de gran precisión -aún está en construcción- que funcionan juntas como un solo gran telescopio que observa el Universo con un nivel de detalle y sensibilidad sin precedentes. ALMA “ve” el Universo en longitudes de onda milimétrica y submilimétrica, invisibles para el ojo humano. Se espera que la construcción de ALMA termine en el año 2013, pero los astrónomos iniciaron las observaciones con un conjunto parcial de antenas en 2011.

Los astrónomos apuntaron las antenas de ALMA hacia la joven enana café ISO-Oph 102, también conocida como Rho-Oph 102, en la zona de formación estelar de Rho Ofiuco, en la constelación de Ofiuco (El Serpentario). Con cerca de 60 veces la masa de Júpiter, pero solo 0,06 veces la masa del Sol, la enana café tiene muy poca masa para provocar las reacciones termonucleares que hacen brillar a las estrellas comunes. Aún así, emite calor, generado por sus lentas contracciones gravitatorias, y tiene un brillo rojizo, aunque mucho menos intenso que una estrella.

ALMA detectó luz con longitudes de onda milimétricas, emitida por el disco calentado por la enana café. Como los granos presentes en el disco no emiten mucha radiación en longitudes de onda superiores a su propio tamaño, se puede medir un característica disminución del brillo en longitudes de onda más largas. ALMA es un instrumento ideal para medir esta reducción y, por lo tanto, para determinar el tamaño de los granos. Así los astrónomos compararon el brillo del disco en longitudes de onda de 0,89 a 3,2 milímetros. Puesto que no hubo una disminución tan pronunciada en el brillo como se esperaba, se infiere que al menos algunos granos miden un milímetro o son incluso mayores.

“ALMA es una nueva herramienta muy poderosa para resolver misterios sobre la formación de sistemas planetarios”, afirmó Leonardo Testi, de ESO, miembro del equipo de investigación. Testi también señaló que “Intentar hacer lo mismo con telescopios de generaciones anteriores habría requerido casi de un mes de observaciones — algo imposible en la práctica. Pero utilizando tan solo una cuarta parte delo que será el conjunto final de antenas de ALMA ¡pudimos hacerlo en menos de una hora!”.

En un futuro próximo, el conjunto ALMA será lo suficientemente potente como para tomar imágenes detalladas del disco que rodea a Rho-Oph 102 y de otros objetos. Ricci explicó que  “Pronto seremos capaces, no solo de detectar la presencia de pequeñas partículas en los discos, sino de saber cómo se reparten a lo largo del disco circumestelar y cómo interactúan con el gas que también hemos detectado en el disco. Esto nos ayudará a comprender mejor cómo se forman los planetas”.

Información adicional

Este trabajo de investigación se presenta en un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal Letters.

Ricci y Testi trabajaron con Antonella Natta, del INAF-Observatorio Astrofísico de Arcetri; Aleks Scholz, del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín; e Itziar de Gregorio-Monsalvo, del Joint ALMA Observatory.

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. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por elNational Radio Astronomy Observatory (NRAO); 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.

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