ALMA detecta objetos del tamaño de Plutón levantando polvo alrededor de estrella

11 diciembre, 2014

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) un grupo de astrónomos parece haber detectado el polvoriento sello distintivo de una familia entera de objetos del tamaño de Plutón arremolinados en torno a una versión adolescente de nuestro Sol.

Mientras hacían una observación detallada del disco protoplanetario que rodea la estrella conocida como HD 107146, los astrónomos descubrieron un aumento inesperado en la concentración de granos de polvo milimétricos hacia el borde externo del disco. Este sorprendente incremento, que comienza particularmente lejos de la estrella anfitriona (a unos 13.000 millones de kilómetros), puede ser el resultado del efecto de planetesimales [1] del tamaño de Plutón cuyo movimiento provoca la colisión y desintegración de objetos más pequeños.

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Fig 1. Representación artística del disco de desechos que rodea HD 107146. Este sistema estelar adolescente presenta indicios de que en sus bordes externos hay enjambres de objetos del tamaño de Plutón que se codean con objetos más pequeños, haciéndolos entrar en colisión y «levantar» cantidades considerables de polvo. Créditos: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF)

El polvo presente en los discos de desechos generalmente proviene de material remanente de procesos de formación de planetas. Al poco tiempo de formarse estos discos, el polvo aumenta en forma continua debido a la colisión de cuerpos más grandes, como cometas y asteroides. En los sistemas solares más maduros y con planetas ya formados, el polvo remanente abunda mucho menos. De acuerdo con algunos modelos, entre estas dos etapas, cuando un sistema solar está en su turbulenta adolescencia, la concentración de polvo es mucho más densa en las partes más lejanas del disco. Eso fue precisamente lo que confirmó ALMA.

«El polvo presente en HD 107146 revela una característica muy interesante: es más espeso en los bordes externos del disco que rodea la estrella», afirma Luca Ricci, astrónomo del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en Cambridge (Massachusetts, EE.UU.) y autor principal de un artículo que se publicará en la revista Astrophysical Journal. Cuando se realizaron las observaciones, Ricci trabajaba en el Instituto de Tecnología de California, en Pasadena.

«Lo sorprendente es que esto es lo opuesto de lo que observamos en jóvenes discos primordiales, donde el polvo es más denso cerca de la estrella. Es posible que hayamos observado este disco de desechos en una etapa en la que se forman planetesimales del tamaño de Plutón en el borde externo del disco, mientras que otros cuerpos del mismo tamaño ya se formaron más cerca de la estrella», aventura Ricci.

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Fig 2. Imagen producida por ALMA del polvo que rodea la estrella HD 107146. El polvo presente en los bordes externos del disco es más espeso que en las zonas internas, un indicio de que un enjambre de planetesimales del tamaño de Plutón está llevando a los objetos más pequeños a entrar en colisión. La oscura estructura en forma de anillo en la parte central del disco puede ser un vacío creado por un planeta que barre la órbita y despeja el polvo. Créditos: L. Ricci ALMA (NRAO/NAOJ/ESO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Los nuevos datos de ALMA también han dejado entrever otro elemento intrigante en la zona externa del disco: una posible «abolladura» en el polvo, o depresión, de aproximadamente 1.200 kilómetros de ancho a una distancia equivalente a 2,5 veces la que separa el Sol de Neptuno a partir de la estrella central. Aunque estas observaciones preliminares solo aportaron indicios sobre el fenómeno, esta depresión podría ser un vacío en el disco, lo que a su vez delataría la presencia de un planeta con la masa de la Tierra que estaría barriendo el área. Esto tendría importantes implicaciones para los planetas posiblemente presentes en el disco y sería un indicio de que los planetas del tamaño de la Tierra pueden formarse en una gama de órbitas totalmente diferentes de las que se han observado hasta ahora.

«El observatorio ALMA es clave para el estudio de sistemas con planetas que están en transición hacia sistemas con planetas maduros», señala Stuartt Corder, subdirector de ALMA y coautor del artículo. «El material estudiado es muy tenue y la combinación de sensibilidad y resolución que ofrece ALMA, no solo hace que los detalles de estos objetos sean observables, sino que transforma dichas observaciones en rutina».

La estrella HD 107146 es particularmente interesante para los astrónomos porque es, en muchos sentidos, una versión más joven de nuestro Sol. Asimismo, representa un período de transición de los sistemas solares al pasar de la infancia a una etapa final de madurez, donde cobran su forma definitiva y establecen órbitas de varios miles de millones de años alrededor de su estrella anfitriona.

«Este sistema nos da la posibilidad de estudiar un período intrigante de una estrella joven y similar a nuestro Sol», explica Corder. «Probablemente estemos mirando hacia el pasado, hacia una época en que el Sol tenía cerca de un dos por ciento de su edad actual».

La estrella HD 107146 se encuentra a cerca de 90 años luz de la Tierra en dirección de la constelación de Coma Berenices y tiene aproximadamente 100 millones de años. Con la nueva línea de base extendida de ALMA y su elevada capacidad de resolución se podrán realizar observaciones que arrojarán nuevas luces sobre la dinámica y la composición de este curioso objeto. «Con líneas base más largas, esperamos determinar claramente la naturaleza de este vacío en el disco: ¿Lo crea un planeta o no?» agregó Corder.

Notas

[1] Los planetesimales son objetos sólidos que se estima existen en los discos protoplanetarios. Más información en: http://es.wikipedia.org/wiki/Planetesimal

Información adicional

Entre los autores del artículo también figuran John M. Carpenter y B. Fu, de Caltech; A. M. Hughes, de la Wesleyan University; y Andrea Isella, de Rice University.

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 Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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, 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.

Contactos:

Luca Ricci
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics
Email: lucaricci83@gmail.com 

Nicolás Lira 
Asistente de Comunicaciones y Educación
Observatorio ALMA
Santiago, Chile
Tel: +56 2 467 6519
Cel: +56 9 9445 7726
Email: nlira@alma.cl 

Charles E. Blue 
Encargado de Comunicaciones
Observatorio Nacional de Radio Astronomía
Charlottesville VA, EE.UU.
Tel: +1 434 244 6896
Cell: +1 434.242.9559
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Masaaki Hiramatsu
Encargado de Educación y Extensión, NAOJ Chile
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Encargado de Prensa, ESO
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