Descubren sorprendente composición química en anillos moleculares alrededor de joven estrella

13 October, 2015

Imagen obtenida con ALMA de los dos anillos de DCO+ que circundan la estrella IM Lup. Los anillos revelan detalles sobre las condiciones de este joven disco protoplanetario. La existencia del anillo externo fue una sorpresa, y arroja nuevas luces sobre la formación de moléculas pesadas (las que contienen deuterio) en este sistema y otros similares.

Créditos: K. Oberg, CfA; ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos descubrió dos espectaculares anillos de moléculas alrededor de la joven estrella IM Lup, que se asemeja a nuestro Sol. Estos anillos están compuestos por uno de los iones pesados (moléculas cargadas) más comunes del Universo, DCO+ (deuterio, carbono y oxígeno). En esta molécula, el deuterio reemplaza el átomo de hidrógeno de la molécula HCO+ mediante un proceso conocido como intercambio hidrógeno-deuterio.

Este fenómeno químico revela nuevas luces sobre las condiciones del disco protoplanetario que rodea esta joven estrella. “Con ALMA podemos estudiar directamente la composición química de discos donde se están formando planetas en este momento”, afirma Karin Öberg, astrónoma del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics de Cambridge (Massachusetts) y autora principal de un artículo sobre este hallazgo publicado en el Astrophysical Journal“Las moléculas formaron dos espectaculares anillos. El anillo interno, esperábamos verlo, pero el descubrimiento del anillo externo fue una sorpresa total, y echa nuevas luces sobre los confines de los discos protoplanetarios”.

Según los astrónomos, la presencia de un anillo de DCO+ más cerca de la estrella se debe a una combinación específica de bajas temperaturas y abundante gas de monóxido de carbono (CO), esencial para la formación de DCO+. Cerca de la estrella el entorno es demasiado caliente para la formación de DCO+, mientras que en las zonas más alejadas, el CO se congela por completo y forma una capa de hielo sobre los granos de polvo y los planetesimales.

La presencia del anillo externo indica que las condiciones del entorno no solo se vuelven más frías y oscuras al alejarse de la estrella, como era de esperar, sino que además se llega a un punto donde la densidad del disco es tan baja que parte de la luz de la estrella anfitriona puede penetrar hasta el plano medio del disco. Este fenómeno repone el gas de CO y reactiva la producción de DCO+. Así, las pesadas moléculas que contienen deuterio pueden formarse en más lugares alrededor de las jóvenes estrellas de lo que se creía hasta ahora.

Esto significa que estas moléculas pueden enseñarnos más sobre la historia de nuestro Sistema Solar y otros sistemas planetarios en curso de formación. “Las moléculas pesadas son, de hecho, mensajeros interestelares que nos traen información sobre cómo y cuándo se forman distintos tipos de molécula”, señala Öberg. “Por ejemplo, considerando el exceso de agua pesada contenida en los océanos de la Tierra, sabemos que la mayor parte del agua de nuestro planeta proviene de la nebulosa presolar, es decir, ¡es más antigua que el Sol!”.

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of the European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) in Taiwan and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

Referencia: “Double DCO+ rings reveal CO ice desorption in the outer disk around IM Lup,” K. Öberg et al., 2015 September 4, Astrophysical Journal.