ALMA encuentra una estrella doble con extraños y salvajes discos protoplanetarios

30 julio, 2014

Utilizando el observatorio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) un equipo de astrónomos ha descubierto una impresionante pareja de discos protoplanetarios muy desalineados rodeando a las dos estrellas que forman el sistema binario HK Tauri. Estas nuevas observaciones de ALMA proporcionan la imagen más clara obtenida hasta ahora de discos protoplanetarios alrededor de una estrella doble. El nuevo resultado también ayuda a explicar por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas. Los resultados aparecerán en la revista Nature el 31 de julio de 2014.

A diferencia de nuestro solitario Sol, la mayoría de las estrellas se forman en pareja: dos estrellas -estrellas binarias- que orbitan una alrededor de la otra. Pese a ser muy comunes en el Universo, las estrellas binarias todavía entrañan una serie de interrogantes, por ejemplo, cómo y dónde se forman sus planetas en entornos tan complejos.

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Fig. 1: Impresión artística de los discos protoplanetarios desalineados alrededor de estrellas binarias en HK Tau. Crédito: R. Hurt (NASA/JPL-Caltech/IPAC)

«Ahora ALMA nos ha dado la mejor imagen de un sistema de estrellas binarias con discos protoplanetarios — ¡y nos encontramos con que los discos están desalineados uno de otro!»afirma Eric Jensen, astrónomo del Swarthmore College(Pensilvania, Estados Unidos).

Las dos estrellas del sistema HK Tauri , que se encuentra a 450 años luz de la Tierra en la constelación de Tauro, tienen menos de 5 millones de años y están separadas por unos 58.000 millones de kilómetros, equivalente a 13 veces la distancia de Neptuno al Sol.

La estrella compañera del sistema, llamada HK Tau B, parece menos brillante para los astrónomos desde la Tierra pues su disco de polvo y gas bloquea buena parte de la luz estelar. Sin embargo, dado que se suprime el resplandor de la estrella, puede fácilmente observarse el disco en luz visible o en longitudes de onda del infrarrojo cercano.

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Fig. 2: Imagen compuesta de HK Tau realizada a partir de datos de ALMA y datos en infrarrojo y óptico del Telescopio especial Hubble. Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); K. Stapelfeldt et al. (NASA/ESA Hubble)

Entretanto, el disco que circunda a HK Tau A, está inclinado de tal manera que no bloquea la luz de su estrella, lo que dificulta a los astrónomos lograr ver su disco con luz visible. Ahora bien, esto no es un problema para ALMA pues puede detectar fácilmente su brillo en longitudes de onda milimétrica.

Así, gracias al poder de resolución y sensibilidad sin precedentes de ALMA se pudo observar por primera vez la rotación del disco alrededor de HK Tau A. A partir de la clara imagen obtenida, los astrónomos pudieron hacer cálculos que les llevaron a concluir que los discos están desalineados en al menos 60 grados. Así que, en lugar de estar en el mismo plano que las órbitas de las dos estrellas, al menos uno de los discos debe estar significativamente desalineado

«Esta clara desalineación nos ha proporcionado una imagen excepcional de cómo es este joven sistema de estrellas binarias»señala Rachel Akeson, del Instituto de Ciencias Exoplanetarias de la NASA, en el Instituto Tecnológico de California (Estados Unidos).  «Aunque había indicios de la existencia de este tipo de sistema desalineado, este es el ejemplo más claro y sorprendente que tenemos», dijo.

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Fig. 3: Los datos clave de velocidad captados por ALMA que permitieron a los astrónomos determinar que los discos en HK Tau estaban desalineados. Las áreas rojas representan el material que se aleja de la Tierra y las azules indican el material que se nos acerca. Crédito: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

Los planetas y las estrellas se forman a partir de extensas nubes de polvo y gas. A medida el material de esas nubes se contraen debido a la gravedad, comienza a rotar hasta que la mayor parte del polvo y del gas termina formando un disco protoplanetario aplanado que gira alrededor de una creciente protoestrella central.

Pero en un sistema binario como HK Tauri las cosas son mucho más complejas. Cuando las órbitas de los astros y los discos protoplanetarios no están aproximadamente en el mismo plano, cualquier planeta que pueda estar formándose puede terminar en una órbita altamente excéntrica e inclinada [1].

Este vídeo nos lleva desde una visión amplia del cielo profundo hasta las nubes de formación estelar de Tauro. La secuencia final muestra la impresión artística de HK Tauri, una joven estrella doble con discos protoplanetarios alrededor de las dos estrellas que la componen. Las observaciones de este sistema, llevadas a cabo con ALMA, han proporcionado la imagen más clara obtenida hasta el momento de discos protoplanetarios en una estrella doble. El nuevo resultado también ayuda a explicar por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org). Música: movetwo

«Nuestros resultados demuestran que, en el momento de la formación de un planeta, están dadas las condiciones necesarias para modificar las órbitas planetarias, aparentemente debido al proceso de formación de estrellas binarias», señala Jensen. «No podemos descartar otras teorías, pero ciertamente podemos afirmar que una segunda estrella hará el trabajo».

Al ser capaz de observar el gas y el polvo de los discos protoplanetarios, generalmente invisibles, ALMA permitió tener imágenes nunca antes vistas de este joven sistema binario. «Estamos observando este fenómeno en las primeras etapas de su formación, con los discos protoplanetarios aún en su lugar, podemos ver mejor cómo está orientadas las cosas», explica Akeson.

Ahora los investigadores buscarán determinar si se trata de un sistema común. Saben que este caso es muy especial, y necesitarán más observaciones para ver si es un fenómeno común en nuestra galaxia.

Animación de HK Tau y su par de discos de formación planetaria desalineados. Crédito: Brian Kent, Bill Saxton, Jeff Hellerman (NRAO/AUI/NSF); NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC); NASA/ESA Hubble Karl Stapelfeldt (JPL) et al.

Notas

[1] Si las dos estrellas y sus discos no están todos en el mismo plano, la fuerza gravitacional de una estrella perturbará al otro disco. Un planeta en formación en uno de estos discos también se verá perturbado por la otra estrella, que se inclinará y deformará su órbita.

Información adicional

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.

Este trabajo se ha presentado en el artículo científico titulado “Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary Star System”, por Eric Jensen y Rachel Akeson, que aparece el 31 de Julio de 2014 en la revista Nature.

El equipo está formado por Eric L. N. Jensen (Departamento de Física y Astronomía, Swarthmore College, Estados Unidos) y Rachel Akeson (Instituto de Ciencias Exoplanetarias de la NASA, IPAC/Caltech, Pasadena, Estados Unidos).

Contacto:

Eric L. N. Jensen 
Lead Scientist, Swarthmore College
Philadelphia, USA
Tel: +1 610-328-8249
Email: ejensen1@swarthmore.edu 

Rachel Akeson 
NASA Exoplanet Science Institute, IPAC/Caltech
Pasadena, USA
Tel: +1 626-395-1812
Email: rla@ipac.caltech.edu

Valeria Foncea 
Directora de Comunicaciones y Educación
Observatorio ALMA
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2467 6258
Cel: +56 9 7587 1963
Correo electrónico: vfoncea@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
E-mail: cblue@nrao.edu 

Richard Hook
Encargado de Prensa, ESO
Garching, Alemania
Tel: +49 89 3200 6655
Cel: +49 151 1537 3591
Correo electrónico: rhook@eso.org 

Masaaki Hiramatsu
Encargado de Educación y Extensión, NAOJ Chile
Observatorio de Tokio, Japón
Tel: +81 422 34 3630
Correo electrónico: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp