Nota de prensa

ALMA revela zonas de formación planetaria

Nueva evidencia de la existencia de planetas de reciente formación en los discos que rodean a jóvenes estrellas

16 de Diciembre de 2015

Astrónomos, haciendo uso del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), han descubierto los indicios más claros encontrados hasta ahora de la reciente formación de planetas con masas varias veces superiores a la de Júpiter en los discos de gas y polvo que rodean a cuatro estrellas jóvenes. Mediciones del gas presente alrededor de las estrellas también proporcionan pistas adicionales acerca de las propiedades de estos planetas.

Prácticamente todas las estrellas se encuentran rodeadas de planetas, pero los astrónomos aún no comprenden totalmente cómo, y en qué condiciones, se forman. Para responder a estas interrogantes, ellos estudian los discos giratorios de gas y polvo que se encuentran alrededor de estrellas jóvenes a partir de los cuales se forman estos cuerpos celestes. Pero estos discos son pequeños y están muy lejos de la Tierra, por lo que se necesitó de la potencia de ALMA para que develaran sus secretos.

Un tipo especial de discos, denominados discos de transición, presenta una sorprendente ausencia de polvo en su centro, en la región que rodea a la estrella. Se han propuesto dos ideas principales para explicar estos misteriosos vacíos. En primera instancia, los fuertes vientos estelares y la intensa radiación podrían haber arrastrado o destruido el material circundante [1]. Por otra parte, los masivos planetas jóvenes en proceso de formación podrían haber eliminado el material a medida que orbitan la estrella [2].

La incomparable sensibilidad y nitidez de imagen que entrega ALMA ya han permitido al equipo de astrónomos, liderado por Nienke van der Marel perteneciente al Observatorio de Leiden, en los Países Bajos, graficar la distribución de gas y polvo en cuatro de estos discos de transición como nunca antes se había logrado [3].  Como consecuencia, esto les permitió  por primera vez seleccionar una de las dos alternativas como la causa de los vacíos.

Las nuevas imágenes muestran que existen cantidades significativas de gas dentro de los vacíos de polvo[4]. Sin embargo, para sorpresa del equipo, había también un vació en el gas, hasta tres veces más pequeño que el del polvo.

Esto sólo podría explicarse en un escenario en el que planetas masivos de reciente formación despejaron el gas a medida que se movían a lo largo de sus órbitas, pero atraparon las partículas de polvo en regiones más lejanas [5].

“Observaciones anteriores ya habían entregado indicios de la presencia de gas en el interior de los vacíos de polvo,” explica Nienke van der Marel. “Pero ya que ALMA puede entregar imágenes del material presente en todo el disco con mucho más detalle que otras instalaciones, pudimos descartar el escenario alternativo. El gran vacío señala claramente la presencia de planetas con varias veces la masa de Júpiter, creando estas cavernas a medida que se mueven rápidamente a través del disco”.

De manera sorprendente, estas observaciones se llevaron a cabo utilizando sólo una décima parte del poder de resolución actual de ALMA, ya que se realizaron mientras la mitad del conjunto de antenas aún se encontraba en construcción en el llano de Chajnantor, en el norte de Chile.

Ahora otros estudios son necesarios para determinar si más discos de transición también apuntan hacia este mismo escenario, aunque las observaciones de ALMA han entretanto proporcionado a los astrónomos una nueva y valiosa información acerca del complejo proceso de la formación planetaria.

“Todos los discos de transición estudiados hasta ahora con grandes cavidades de polvo también presentan cavidades de gas. Así, con ALMA, podemos ahora descubrir dónde y cuándo nacen planetas gigantes en estos discos, y comparar estos resultados con los modelos de formación planetaria", dice Ewine van Dishoeck, también de la Universidad de Leiden y el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching[6]. “La detección de planetas de manera directa está prácticamente al alcance de los instrumentos actuales, y los telescopios de la próxima generación que se encuentran ahora en construcción, como el European Extremely Large Telescope, serán capaces de llegar mucho más lejos. ALMA les está indicando hacia dónde deben mirar”.

Notas

[1] Este proceso, que despeja el polvo y el gas desde adentro hacia afuera, se conoce como fotoevaporación.

[2] Estos planetas son difíciles de observar directamente (eso1310) y los estudios anteriores en longitudes de onda milimétricas (eso1325) no pudieron entregar una vista nítida de sus zonas interiores de formación planetaria donde estas diferentes explicaciones podrían ponerse a prueba. Otros estudios (eso0827) no pudieron medir el volumen del gas en estos discos.

[3] Los cuatro objetivos de estas investigaciones fueron SR 21, HD 135344B (también conocido como SAO 206462), DoAr 44 y Oph IRS 48.

[4] El gas presente en los discos de transición está compuesto principalmente por hidrógeno, y se puede rastrear a través de observaciones de la molécula de monóxido de carbono (CO).

[5] El proceso de captura de polvo se explica en un anuncio anterior (eso1325).

[6] Otros ejemplos incluyen los discos de transición HD 142527 (eso1301 y aquí) y J1604-2130.

Información adicional

Esta investigación fue presentada en un artículo titulado “Resolved gas cavities in transitional disks inferred from CO isotopologs with ALMA” (Cavidades de gas resueltas en discos de transición inferidas a partir de isotopólogos de CO con ALMA), escrito por N. van der Marel y colaboradores, que aparecerá en la publicación Astronomy & Astrophysics en diciembre de 2015.

El equipo está compuesto por N. van der Marel (Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos; Instituto de Astronomia, Universidad de Hawái, Honolulu, EEUU), E. F. van Dishoeck (Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos; Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching), S. Bruderer (Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania), S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts, EEUU), K. M. Pontoppidan (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, EEUU), G. J. Herczeg (Universidad de Pekín, Beijing, China), T. van Kempen (Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos) y A. Miotello (Universidad de Leiden, Leiden, Países Bajos).

ESO es la organización astronómica intergubernamental más importante en Europa y el observatorio astronómico en tierra más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de 16 países: Austria, Bélgica, Brasil, República Checa, Dinamarca, Francia, Finlandia, Alemania, Italia, Holanda, Polonia, Portugal, España, Suecia, Suiza y el Reino Unido, además de Chile como país anfitrión. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de potentes instalaciones para la observación astronómica desde la Tierra, permitiendo así a los astrónomos realizar importantes descubrimientos científicos. ESO también juega un papel fundamental a la hora de promover y organizar la cooperación para la investigación en el campo de la astronomía. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope (VLT), el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. El telescopio VISTA, que funciona en longitudes de onda infrarrojas, es el telescopio de rastreo más grande a nivel mundial y, por su parte, el VLT Survey Telescope (VST) es el telescopio de mayor tamaño diseñado para rastrear de manera exclusiva los cielos en luz visible. ESO es socio principal de ALMA, el proyecto astronómico de mayor envergadura en la actualidad. Y en el cerro Armazones, cercano a Paranal, ESO se encuentra construyendo el European Extremely Large Telescope, el E-ELT, de 39 metros de diámetro, el que se convertirá en "el ojo más grande del mundo para mirar el cielo".

Enlaces

• Trabajo de Investigación en la revista científica Astronomy & Astrophysics
• Fotografías de ALMA

Contactos

Nienke van der Marel
Institute for Astronomy, University of Hawaii
Honolulu, USA
Correo electrónico: nmarel@ifa.hawaii.edu

Ewine van Dishoeck
Leiden Observatory
Leiden, The Netherlands
Teléfono: +31 71 527 5814
Correo electrónico: ewine@strw.leidenuniv.nl

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1549.