ALMA observa primera línea nieve-agua en disco protoplanetario gracias a erupción estelar

13 julio, 2016

Artículo Científico Publicación de ALMA Kids

Nuevas observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) permitieron generar la primera imagen de una línea de nieve compuesta de agua dentro de un disco protoplanetario. Se trata de la línea donde la temperatura del disco que rodea una joven estrella cae lo suficientemente como para que el agua allí presente se congele. En este caso, un aumento drástico en la luminosidad de la joven estrella V883 Orionis produjo un recalentamiento de la zona interna del disco y, de esa forma, alejó la línea de nieve a una distancia mucho mayor de lo normal para una protoestrella, permitiendo observarla por primera vez. Los resultados de este estudio se publicarán en la revista Nature el 14 de julio de 2016.

Puedes descargar el video sin texto aquí.

Las estrellas jóvenes suelen estar rodeadas de densos discos giratorios de polvo y gas conocidos como discos protoplanetarios, donde se forman planetas. Las líneas de nieve son zonas donde la temperatura de estos discos alcanzan el punto de sublimación para la mayoría de las moléculas volátiles. En las zonas internas de los discos, dentro de los límites de las líneas nieve-agua, el agua se evapora, mientras que fuera de esta zona el agua se congela y forma nieve. La importancia de estas líneas radica en que determinan la arquitectura básica de los sistemas planetarios como el nuestro1 y, en los sistemas de tipo solar, suelen encontrarse a unas 3 ua de la estrella central2.

Sin embargo, las recientes observaciones realizadas con ALMA muestran que la línea de nieve de V883 Orionis se encuentra a más de 40 ua de la estrella central (distancia equivalente a la órbita de Neptuno en nuestro sistema), lo cual facilita mucho su observación3. Esta estrella es apenas un 30 % más masiva que el Sol, pero tiene un brillo 400 veces más intenso y experimenta actualmente lo que se conoce como erupción FU Ori, un incremento repentino de la temperatura y de la luminosidad debido al traspaso de grandes cantidades de material desde el disco a la estrella4. Este fenómeno explica el desplazamiento de la línea nieve-agua, luego de que la luz de la erupción estelar calentara el disco.

Lucas Cieza, autor principal del artículo y astrónomo del Núcleo Milenio de Discos Protoplanetarios (MAD) y de la Universidad Diego Portales (Santiago, Chile), explica: “Las observaciones de ALMA fueron una sorpresa para nosotros. El objetivo de nuestras observaciones era buscar fenómenos de fragmentación de discos que condujeron a la formación de planetas. Pero no hubo nada de eso. En cambio, vimos algo que parecía un anillo a una distancia de 40 ua. Esto ilustra a la perfección la capacidad revolucionaria de ALMA, que proporciona resultados extraordinarios aun cuando no son los que se esperan”.

El hecho de que estas erupciones puedan ampliar las líneas de nieve a unas 10 veces su radio normal es muy importante para el desarrollo de buenos modelos de formación planetaria. Si se considera que estas erupciones parecen ser una etapa de la evolución de la mayoría de los sistemas planetarios, ésta puede ser la primera vez que se observa un fenómeno muy común, en cuyo caso las observaciones de ALMA habrán contribuido considerablemente para comprender mejor cómo se forman y evolucionan los planetas en todo el Universo.

Esta imagen del disco protoplanetario alrededor de la joven estrella V883 Orionis fue obtenida con ALMA en una configuración de línea de base larga. Esta estrella se encuentra en proceso de erupción, fenómeno que alejó la línea de nieve y permitió detectarla por primera vez. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza. Música: Johan B. Monell

Acercamiento de la joven estrella V883 Orionis Esta estrella se encuentra en proceso de erupción, fenómeno que alejó la línea de nieve y permitió detectarla por primera vez. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org)/M. Kornmesser. Música: Johan B. Monell

Representación artística del disco protoplanetario alrededor de la estrella V883 Orionis. Esta estrella se encuentra en proceso de erupción, fenómeno que alejó la línea de nieve y permitió detectarla por primera vez. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza/M. Kornmesser.

 

Información adicional

Los resultados de esta observación se consignaron en un artículo titulado “Imaging the water snow-line during a protostellar outburst” (‘Imágenes de la línea de nieve durante una erupción protoestelar’), que se publicará en la revista Nature el 14 de julio de 2016.

El equipo de investigación está integrado por Lucas A. Cieza [1,2], Simón Casassus [2,3], John Tobin [4], Steven Bos [4], Jonathan P. Williams [5], Sebastián Pérez [2,3], Zhaohuan Zhu [6], Claudio Cáceres [2,7], Héctor Cánovas [2,7], Michael M. Dunham [8], Antonio Hales [9, 10], José L. Prieto [1], David A. Príncipe [1,2], Matthias R. Schreiber [2,7], Dary Ruiz-Rodríguez [11] y Alice Zurlo [1, 2, 3].

[1] Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile.

[2] Núcleo Milenio “Discos Protoplanetarios en ALMA Early Science”, Santiago, Chile.

[3] Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile.

[4] Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos.

[5] Instituto de Astronomía, Universidad de Hawái en Manoa, Honolulu, EE. UU.

[6] Departamento de Ciencias Astrofísicas, Universidad de Princeton, Princeton, EE. UU.

[7] Departamento de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaíso, Chile.

[8] Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EE. UU.

[9] Joint ALMA Observatory, Santiago, Chile.

[10] National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA.

[11] Universidad Nacional de Australia, Observatorio de Mount Stromlo, Canberra, Australia.

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.

  1. En la nebulosa solar que dio nacimiento a nuestro Sistema Solar, esta línea se encontraba entre las órbitas de Marte y Júpiter durante el proceso de formación del sistema, de ahí que dentro del límite de la línea se formaran los planetas rocosos Mercurio, Venus, Tierra y Marte, y fuera de ella nacieran los planetas gaseosos Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
  2. 1 ua, o unidad astronómica, equivale a la distancia promedio entre la Tierra y el Sol: cerca de 149,6 millones de kilómetros. Esta unidad suele usarse para expresar distancias del Sistema Solar y de sistemas planetarios alrededor de otras estrellas.
  3. La resolución es la capacidad de discernir objetos aislados. Para el ojo humano, un conjunto de antorchas vistas a cierta distancia puede parecer un solo punto brillante, y solo al acercarse el observador puede distinguir cada antorcha. El mismo principio rige para los telescopios, y estas nuevas observaciones han aprovechado la extraordinaria capacidad de resolución de ALMA en sus configuraciones de línea de base larga. La resolución lograda por ALMA a la distancia de V883 Orionis es de aproximadamente 12 ua, suficiente para lograr una resolución de la línea de nieve a 40 ua en este sistema en erupción, pero no en el caso de estrellas más jóvenes.
  4. Se cree que las estrellas adquieren la mayor parte de su masa durante estos cortos pero intensos períodos de acreción.