Anillo deformado de una estrella vecina moldeado por planetas en evolución

La inusual forma del anillo de escombros de Fomalhaut muestra evidencia de ser esculpido por antiguos planetas, reescribiendo la historia de la evolución de los sistemas planetarios.

La brillante estrella del centro, Fomalhaut, está rodeada por un antiguo disco de escombros con brillo desigual. El disco se encuentra más cerca de la estrella del sur, donde es más ancho y tenue, y más lejos de la estrella del norte, donde es más estrecho y brillante. El anillo punteado muestra la posible órbita de un planeta, sugerida por Lovell et al.

Astrónomos que utilizan el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) han obtenido la imagen de mayor resolución hasta la fecha, revelando nuevos conocimientos sobre la inusual y misteriosa arquitectura del disco de escombros que rodea a Fomalhaut, una de las estrellas más brillantes y mejor estudiadas de nuestro vecindario cósmico. Los discos de escombros son vastos cinturones de polvo y cuerpos rocosos, similares al cinturón de asteroides de nuestro Sistema Solar, pero mucho más grandes. La asimetría (o excentricidad) del disco de Fomalhaut ha fascinado a los astrónomos durante casi dos décadas.

Un equipo internacional de investigación, liderado por astrónomos del Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian y la Universidad Johns Hopkins, publicó dos artículos que analizan estas nuevas observaciones en Astrophysical Journal/Astrophysical Journal Letters. Ahora han descubierto que el disco de Fomalhaut no es solo excéntrico, sino que su excentricidad cambia con la distancia a la estrella. A diferencia de los modelos anteriores que asumían una excentricidad uniforme o fija, su nuevo modelo basado en datos muestra que la forma del disco se vuelve menos alargada (o menos excéntrica) cuanto más se aleja un segmento de Fomalhaut. Esta morfología se conoce como gradiente de excentricidad negativo. Se pueden imaginar las desviaciones entre la estrella y el centro del anillo, similares a los anillos de Saturno, si Saturno no estuviera situado exactamente en el centro.

“Nuestras observaciones muestran, por primera vez, que la excentricidad del disco no es constante”, afirmó Joshua Bennett Lovell, autor principal de uno de los artículos y miembro del Submillimeter Array del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica. “Disminuye de forma constante con la distancia, un hallazgo nunca antes demostrado de forma concluyente en ningún disco de escombros”. Lovell también es embajador de ALMA en el Centro Científico ALMA de Norteamérica del Observatorio Nacional de Radioastronomía de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.

Utilizando imágenes de ALMA de alta resolución en longitudes de onda de 1,3 mm, el equipo adaptó a los datos un nuevo modelo que tiene en cuenta el radio, la anchura y las asimetrías del disco, con un modelo de anillo excéntrico que puede alterar su excentricidad con la distancia a la estrella. El modelo con mejor ajuste indicó una pronunciada disminución de la excentricidad con la distancia, tal como predicen las teorías dinámicas sobre cómo los planetas pueden dar forma a los discos de escombros, pero aún no se ha observado en ningún lugar del universo.

Este gradiente negativo ofrece pistas sobre planetas ocultos, actualmente no detectados por los astrónomos, que orbitan Fomalhaut. El nuevo modelo sugiere que un planeta masivo orbitando dentro del disco de Fomalhaut podría haber esculpido su perfil de excentricidad en las primeras etapas de la historia del sistema extrasolar. La forma inusual del disco de escombros podría haberse formado en la juventud del sistema, durante la fase de disco protoplanetario, y se ha mantenido así durante más de 400 millones de años, gracias a la continua atracción y empuje de este planeta.

En el segundo artículo, dirigido por el estudiante de posgrado Jay Chittidi de la Universidad Johns Hopkins, el equipo descartó la posibilidad de que la excentricidad del anillo se fije con la distancia a la estrella. “Aunque el cambio de brillo desde el lado pericéntrico del disco, más cercano a la estrella, hasta el lado apocéntrico, más alejado de ella, entre los datos del JWST y ALMA era previsible, los cambios precisos que medimos en el brillo del disco y el ancho del anillo no pudieron explicarse con los modelos antiguos”, afirmó Jay. “En pocas palabras: no pudimos encontrar un modelo con una excentricidad fija que explicara estas características peculiares del disco de Fomalhaut. Al comparar los modelos antiguos y los nuevos, ahora podemos interpretar mejor este disco y reconstruir la historia y el estado actual de este sistema dinámico”.

Los investigadores esperan que este nuevo modelo se pruebe con más observaciones de ALMA, aprobadas recientemente. “¡Y esperamos encontrar nuevas pistas que nos ayuden a descubrir ese planeta!”, añade Lovell. El equipo ha compartido el código del modelo de excentricidad desarrollado para esta investigación recién publicada para que otros astrónomos puedan aplicarlo a sistemas similares.

Informacion adicional

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en represntación de Norteamerica.

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 miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (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 (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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