ALMA encuentra claros indicios de pareja de planetas recién formados alrededor de joven estrella

9 Diciembre, 2016 / Tiempo de lectura: 8 minutes

Los astrónomos ahora saben que nuestra galaxia rebosa de exoplanetas, desde astros rocosos del tamaño de la Tierra hasta mastodontes de gas mucho más masivos que Júpiter. Casi todos estos exoplanetas descubiertos orbitan alrededor de estrellas maduras con sistemas planetarios completos.

Video de las recientes observaciones con ALMA de la joven estrella HD 163296 que muestran cómo los perfiles de gas y polvo de su disco protoplanetario podrían demostrar la presencia de planetas en formación. Crédito: Escrito y narrado por C. Blue, NRAO/AUI/NSF; Producido por A. Angelich, NRAO/AUI/NSF Video y animaciones adicionales de ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Isella, C. Brogan, L. Cieza, M. Kornmesser, B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ESO/L. Calçada, M. Kornmesser, C. Malin (christophmalin.com); NASA/GSFC Conceptual Image Lab; ESA/Hubble/M. Kornmesser, L. L. Christensen; NSF/A. Khan; S. Andrews (Harvard-Smithsonian CfA). Música de Mark Mercury. Traducción al español de Ney Fernández para ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aportaron indicios fehacientes de que hay dos planetas recién formados de un tamaño similar al de Saturno orbitando una joven estrella conocida como HD 163296. Estos planetas, aún en proceso de formación, revelaron su presencia dejando una doble huella en la zona llena de polvo y gas del disco protoplanetario de la estrella.

Imagen tomada por ALMA del polvo del disco protoplanetario alrededor de la joven estrella HD 163296. Las nuevas observaciones sugieren que hay dos planetas, cada uno del tamaño aproximado de Saturno, que orbitan la estrella. Estos planetas, que aún se encuentran en proceso de formación, fueron captados gracias a la huella que dejaron tanto en el polvo como en el gas que rodean a la estrella. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) | Descargar imagen

Gracias a observaciones de otros sistemas estelares jóvenes realizadas anteriormente, los astrónomos empezaron a entender mejor la formación planetaria. Por ejemplo, las imágenes de ALMA de HL Tauri y TW Hydrae revelaron unos sorprendentes surcos y prominentes estructuras de anillo en sus respectivos discos de polvo. Estas podrían ser señales claras de que allí se están formando planetas. Y para sorpresa de los astrónomos, estas señales aparecieron alrededor de estrellas mucho más jóvenes de lo que creían posible, lo cual significa que los planetas pueden empezar a aparecer poco tiempo después de que se forme un disco protoplanetario.

“ALMA nos ha mostrado maravillosas imágenes inéditas de anillos y surcos alrededor de estrellas jóvenes, que podrían ser el sello distintivo de formación planetaria. No obstante, como solo estamos mirando el polvo del disco en detalle, no podíamos estar seguros qué era lo que creaba estás formaciones.”, comenta Andrea Isella, astrónomo de la Universidad Rice en Houston (Texas, EE. UU.) y autor principal de un artículo publicado en Physical Review Letters.

Al estudiar HD 163296, los investigadores usaron ALMA para trazar, por primera vez, la distribución de ambos componentes, polvo y gas de monóxido de carbono (CO), del disco con el mismo nivel de detalle.

Imagen compuesta del disco protoplanetario alrededor de la joven estrella HD 163296. El área roja central muestra el polvo del disco protoplanetario, mientras que el área azul, más grande, muestra el gas en el sistema. ALMA observó que en los dos surcos exteriores del polvo, se evidencia una baja en la concentración de monóxido de carbono (CO), lo que sugiere la presencia de dos planetas en formación. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF) | Descargar imagen

Estas observaciones revelaron tres surcos bien definidos en el polvoriento disco protoplanetario. El primer surco se encuentra a unas 60 unidades astronómicas (UA) de la estrella central, lo cual equivale aproximadamente a la distancia que separa nuestro Sol de Neptuno (una unidad astronómica es equivalente a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol). Los otros dos surcos se encuentran a 100 y 160 UA de la estrella, lo que supera con mucho la extensión del Cinturón de Kuiper, la parte de nuestro Sistema Solar habitada por astros congelados después de la órbita de Neptuno.

Usando la capacidad de ALMA para detectar las débiles ondas milimétricas emitidas por las moléculas de gas, Isella y su equipo descubrieron que había también una depresión apreciable en la cantidad de CO en los dos surcos exteriores.

Al ver el mismo patrón repetido en el gas y el polvo del disco, los astrónomos creen haber encontrado indicios fehacientes de que hay dos planetas formándose bastante alejados de la estrella central. El ancho y la profundidad de estos dos surcos en el gas sugieren que la masa de cada uno de los potenciales planetas es equivalente a la de Saturno, informó el astrónomo.

En el surco más cercano a la estrella, los investigadores no encontraron casi diferencia entre la concentración de gas CO y el disco de polvo. Esto indica que este surco podría haberse originado por otro fenómeno distinto a la formación de un planeta.

Representación artística del disco protoplanetario de la joven estrella HD163296. Al estudiar la distribución del polvo (beige) y del monóxido de carbono (celeste) en el disco, los astrónomos descubrieron indicios fehacientes de dos planetas que se están formando en los dos surcos exteriores del disco. Crédito: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF. | Descargar imagen

“El polvo y el gas tienen comportamientos muy diferentes alrededor de estrellas jóvenes”, explica Isella. “Sabemos, por ejemplo, que hay ciertos procesos químicos y físicos que pueden producir estructuras de anillos en los discos de polvo, como las que vimos. Ciertamente podemos pensar que esas estructuras son originadas por la formación planetaria, pero no podemos descartar otras explicaciones posibles. Las nuevas observaciones que realizamos proveen valiosa evidencia de que efectivamente se están formando planetas alrededor de esta joven estrella”.

HD 163296 tiene ‘apenas’ unos 5 millones de años y una masa aproximada de dos veces nuestro Sol. Se encuentra a unos 400 años-luz de la Tierra en dirección de Sagitario.

Información adicional

Este estudio aparecerá en un artículo titulado “Estructuras en anillo reveladas por ALMA en el disco de HD 163296” (“Ringed structure of the HD 163296 disk revealed by ALMA”) por Isella et al. en la revista especializada Physical Review Letters.

El equipo de investigación está compuesto por Andrea Isella[1], Greta Guidi[2], Leonardo Testi[2,3], Shangfei Liu[1,4], Hui Li[4], Shengtai Li[4], Erik Weaver[1], Yann Boehler[1], John M. Carperter[5], Itziar De Gregorio-Monsalvo[5], Carlo F. Manara[6], Antonella Natta[7,2], Laura M. Pérez[8], Luca Ricci[9], Anneila Sargent[10], Marco Tazzari[3], and Neal Turner[11].

• [1] Department of Physics and Astronomy, Rice University, 6100 Main Street, MS-108, Houston, Texas 77005, USA
• [2] INAF/Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Largo E. Fermi 5, I-50125 Firenze, Italy
• [3] ESO, Karl Schwarzschild str. 2, 85748 Garching bei Mnchen, Germany
• [4] Theoretical Division, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, New Mexico 87545, USA
• [5] Joint ALMA Observatory (JAO), Alonso de Cordova 3107 Vitacura, Santiago de Chile, Chile
• [6] Scientific Support Office, Directorate of Science, European Space Research and Technology Centre (ESA/ESTEC), Keplerlaan 1, 2201 AZ Noordwijk, Netherlands
• [7] School of Cosmic Physics, Dublin Institute for Advanced Studies, 31 Fitzwilliams Place, 2 Dublin, Ireland
• [8] Max-Planck-Institut fr Radioastronomie Bonn, auf dem Hgel 69, D-53121 Bonn, Germany
• [9] Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, 60 Garden Street, Cambridge, Massachusetts 02138, USA
• [10] Division of Physics, Mathematics and Astronomy, California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, USA
• [11] Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California 91109, USA

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.