Un platillo volador glacial

3 febrero, 2016

Un equipo de astrónomos ha utilizado los telescopios ALMA e IRAM para realizar la primera medición directa de la temperatura de los grandes granos de polvo que se encuentran en las partes exteriores de un disco de formación de planetas alrededor de una estrella joven. Aplicando una novedosa técnica a las observaciones de un objeto conocido como “Platillo Volador”, se ha descubierto que los granos tienen temperaturas mucho más bajas de lo esperado: -266 grados centígrados. Este sorprendente resultado sugiere que será necesario revisar los modelos de estos discos.

El equipo internacional, liderado por Stéphane Guilloteau, del Laboratorio de Astrofísica de Burdeos (Francia), midió la temperatura de los grandes granos de polvo que hay alrededor de la joven estrella 2MASS J16281370-2431391, en la espectacular región de formación estelar de Rho Ophiuchi, que se encuentra a unos 400 años luz de la Tierra.

Esta estrella está rodeada por un disco de gas y polvo. Estos discos se denominan discos protoplanetarios, ya que se trata de las primeras etapas en la creación de sistemas planetarios. Este disco en particular se ve casi de canto, y su aspecto en las imágenes de luz visible ha hecho que sea apodado como Platillo Volador.

Los astrónomos utilizaron el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para observar el resplandor proveniente de moléculas de monóxido de carbono en el disco de 2MASS J16281370-2431391. Fueron capaces de crear imágenes muy nítidas y encontraron algo raro: ¡en algunos casos vieron una señal negativa! Normalmente una señal negativa es físicamente imposible, pero en este caso hay una explicación que nos lleva a una conclusión sorprendente.

Acercándonos al disco protoplanetario “Platillo Volador”. Este video nos lleva de viaje hacia la joven estrella 2MASS J16281370-2431391, en la espectacular región de formación estelar Rho Ophiuchi, que se encuentra a unos 400 años luz de la Tierra. Esta estrella está rodeada por un disco de gas y polvo — un disco protoplanetario, una de las primeras etapas en la creación de sistemas planetarios. Este disco en particular se ve casi de canto y su aspecto en las imágenes de luz visible ha hecho que sea apodado como el Platillo Volador. La imagen infrarroja del acercamiento final al “Platillo volador” proviene del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. Crédito: ESO/N. Risinger (skysurvey.org)/S. Guisard (www.eso.org/~sguisard)/Digitized Sky Survey 2/NASA/ESA. Música: Johan B. Monell (www.johanmonell.com)

El autor principal, Stéphane Guilloteau, desvela la historia: «Este disco no se observa contra un cielo negro y vacío. En cambio, vemos su silueta frente al brillo de la nebulosa Rho Ophiuchi. Este resplandor difuso se extiende demasiado como para ser detectado por ALMA, pero el disco la absorbe. La señal negativa resultante significa que partes del disco están más frías que el fondo. ¡La Tierra está casi literalmente a la sombra del Platillo Volador!»

El equipo combinó las mediciones del disco llevadas a cabo por ALMA con las observaciones de la luz de fondo del telescopio de 30 metros IRAM, instalado en España [1]. Derivaron una temperatura para los granos de polvo del disco de sólo -266 grados (sólo 7 grados sobre el cero absoluto o 7 Kelvin) a una distancia de unos 15.000 millones de kilómetros de la estrella central [2]. Se trata de la primera medición directa de la temperatura de granos grandes (con dimensiones de aproximadamente un milímetro) en este tipo de objetos.

The young star 2MASS J16281370-2431391 lies in the spectacular Rho Ophiuchi star formation region, about 400 light-years from Earth. It is surrounded by a disc of gas and dust — such discs are called protoplanetary discs as they are the early stages in the creation of planetary systems. This particular disc is seen nearly edge-on, and its appearance in visible light pictures has led to its being nicknamed the Flying Saucer. The main image shows part of the Rho Ophiuchi region and a much enlarged close-up infrared view of the Flying Saucer from the NASA/ESA Hubble Space Telescope is shown as an insert.

El disco protoplanetario “Platillo Volador” alrededor de 2MASS J16281370-2431391. La joven estrella 2MASS J16281370-2431391 se encuentra en la espectacular región de formación estelar Rho Ophiuchi, que se encuentra a unos 400 años luz de la Tierra. Está rodeada por un disco de gas y polvo — estos discos se denominan discos protoplanetarios, ya que se trata de las primeras etapas en la creación de sistemas planetarios. Este disco en particular se ve casi de canto y su aspecto en las imágenes de luz visible ha hecho que sea apodado como el Platillo Volador. La imagen principal muestra parte de la región de Rho Ophiuchi e, insertada, vemos una imagen ampliada del Platillo Volador obtenida en el infrarrojo desde el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. Crédito: Digitized Sky Survey 2/NASA/ESA

The young star 2MASS J16281370-2431391 lies in the spectacular Rho Ophiuchi star formation region, about 400 light-years from Earth. It is surrounded by a disc of gas and dust — such discs are called protoplanetary discs as they are the early stages in the creation of planetary systems. This particular disc is seen nearly edge-on, and its appearance in visible light pictures has led to its being nicknamed the Flying Saucer. This close-up infrared view of the Flying Saucer comes from the NASA/ESA Hubble Space Telescope.

El disco protoplanetario “Platillo Volador” alrededor de 2MASS J16281370-2431391. Este acercamiento en el infrarrojo del “Platillo volador” proviene del Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA. Crédito: ESO/NASA/ESA

Esta temperatura es mucho menor de lo que predicen los últimos modelos, que estiman temperaturas de entre -258 y -253 ºC (entre 15 y 20 Kelvin). Para resolver esta discrepancia, y dado que alcanzan temperaturas tan bajas, las características de estos grandes granos de polvo deben ser diferentes a lo que se creía hasta ahora.

«Para establecer cuál es el impacto de este descubrimiento en la estructura del disco, tenemos que encontrar qué propiedades del polvo pueden resultar plausibles a temperaturas tan bajas. Tenemos algunas ideas: por ejemplo, la temperatura puede depender del tamaño del grano, siendo los granos más grandes más fríos que los más pequeños. Pero es demasiado pronto para estar seguros», agrega el coautor Emmanuel di Folco (Laboratorio de Astrofísica de Burdeos).

Si se determina que estas bajas temperaturas del polvo son una característica normal de los discos protoplanetarios, esto podría tener muchas consecuencias para la comprensión de cómo éstos se forman y evolucionan.

This chart shows the large constellation of Ophiuchus (The Serpent Bearer). In the southern part of this constellation there is a spectacular region of dark and bright clouds, forming part of a region of star formation. This chart, which shows all the stars easily seen with the naked eye on a dark and clear night, shows the location of Rho Ophiuchi, the brightest star in the region.

La región de formación estelar Rho Ophiuchi en la constelación de Ofiuco. Este mapa muestra la gran constelación de Ofiuco (el portador de la serpiente). En la parte meridional de esta constelación hay una espectacular zona de nubes oscuras y brillantes que forman parte de una región de formación estelar. Este mapa, que muestra todas las estrellas que pueden observarse a simple vista en una noche oscura y despejada, muestra la ubicación de Rho Ophiuchi, la estrella más brillante de la región. Crédito: ESO, IAU y Sky & Telescope

This wide-field view shows a spectacular region of dark and bright clouds, forming part of a region of star formation in the constellation of Ophiuchus (The Serpent Bearer). This picture was created from images in the Digitized Sky Survey 2.

La región de formación estelar Rho Ophiuchi en la constelación de Ofiuco. Esta imagen de amplio campo muestra una espectacular zona de nubes oscuras y brillantes que forman parte de una región de formación estelar en la gran constelación de Ofiuco (el portador de la serpiente). Esta fotografía fue creada a partir de imágenes que forman parte del sondeo Digitized Sky Survey 2. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2

Por ejemplo, las propiedades del polvo determinan qué sucede cuando estas partículas chocan y, por lo tanto, se convierten en posibles semillas para la formación de planetas. Aún no es posible evaluar si estas diferencias en las propiedades del polvo son significativas o no en este sentido.

También se sabe que existen discos de polvo más pequeños, y que las bajas temperaturas del polvo también pueden tener un importante impacto en ellos. Si estos discos se componen principalmente de granos más grandes y fríos de lo que se pensaba hasta ahora, esto implicaría que estos discos compactos pueden ser arbitrariamente masivos, por lo que incluso podrían formar planetas gigantes relativamente cerca de la estrella central.

Será necesario llevar a cabo más observaciones, pero parece que el polvo frío encontrado por ALMA puede tener consecuencias significativas para la comprensión de los discos protoplanetarios.

Notas

[1] Las mediciones de IRAM eran necesarias ya que ALMA no es sensible a la extensa señal de fondo.

[2] Esto corresponde a cien veces la distancia de la Tierra al Sol, la región ahora ocupada por el cinturón de Kuiper, dentro del Sistema Solar.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo científico titulado: “The shadow of the Flying Saucer: A very low temperature for large dust grains”, por S. Guilloteau et al., publicado en la revista Astronomy & Astrophysics Letters.

El equipo está formado por S. Guilloteau (Universidad de Burdeos/CNRS, Floirac, Francia); V. Piétu (IRAM, Saint Martin d’Hères, Francia); E. Chapillon (Universidad de Burdeos/CNRS; IRAM); E. Di Folco (Universidad de Burdeos/CNRS); A. Dutrey (Universidad de Burdeos/CNRS); T.Henning (Instituto Max Planck de Astronomía, Heidelberg, Alemania [MPIA]); D.Semenov (MPIA); T.Birnstiel (MPIA) y N. Grosso (Observatorio Astronómico de Estrasburgo, Estrasburgo, Francia).

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.

Enlace

Contactos

Stephane Guilloteau
Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux
Floirac, Francia
Correo electrónico: stephane.guilloteau@u-bordeaux.fr

Emmanuel di Folco
Laboratoire d’Astrophysique de Bordeaux
Floirac, Francia
Correo electrónico: emmanuel.di-folco@u-bordeaux.fr

Vincent Pietu
IRAM
Grenoble, Francia
Correo electrónico: pietu@iram.fr

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

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

Charles E. Blue
Encargado de Comunicaciones
Observatorio Nacional de Radioastronomía
Charlottesville VA, EE.UU.
Tel: +1 434 244 6896
Cel: +1 202 236 6324
Correo electrónico: cblue@nrao.edu

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