Nota de prensa

ALMA descubre un trío de planetas jóvenes alrededor de una estrella recién nacida

Nueva técnica para encontrar planetas más jóvenes en nuestra galaxia

13 de Junio de 2018

Dos equipos independientes de astrónomos han utilizado ALMA para obtener pruebas convincentes de que hay tres jóvenes planetas orbitando alrededor de la estrella HD 163296. Usando una nueva técnica de búsqueda de planetas, los astrónomos identificaron tres perturbaciones en el disco de gas que hay alrededor de la joven estrella: se trata de la evidencia más fuerte hallada hasta el momento de que está siendo orbitada por tres planetas recién formados. Son considerados los primeros planetas descubiertos con ALMA.

El conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ha transformado nuestra comprensión de los discos protoplanetarios, las fábricas de planetas cargadas de polvo y gas que rodean a estrellas jóvenes. Los anillos y los huecos de estos discos proporcionan interesantes indicios de la presencia de protoplanetas [1]. Sin embargo, otros fenómenos también podrían explicar estas características.

Pero ahora, usando una nueva técnica de búsqueda de planetas que identifica patrones inusuales en el flujo de gas dentro de un disco de formación de planetas alrededor de una estrella joven, dos equipos de astrónomos han confirmado, de manera independiente, la existencia de diferentes características distintivas que señalan la presencia de planetas recién formados orbitando a una estrella muy joven [2].

“Medir el flujo de gas dentro de un disco protoplanetario nos proporciona mucha más seguridad sobre la presencia de planetas alrededor de una estrella joven”, afirma Christophe Pinte, de la Universidad de Monash (Australia) y autor principal de uno de los dos artículos. “Esta técnica ofrece una prometedora nueva vía para comprender cómo se forman los sistemas planetarios”.

Para hacer sus respectivos descubrimientos, cada equipo analizó observaciones de ALMA de HD 163296, una joven estrella situada a unos 330 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario (el arquero) [3].

Esta estrella tiene casi dos veces la masa del Sol, pero solo 4 millones de años de edad (una milésima parte de la edad del Sol).

“Analizamos el movimiento localizado a pequeña escala del gas en los discos protoplanetarios de la estrella. Este nuevo enfoque podría descubrir algunos de los planetas más pequeños de nuestra galaxia, todo gracias a las imágenes de alta resolución de ALMA”, dijo Richard Teague,  astrónomo de la Universidad de Michigan y autor principal del segundo artículo.

En lugar de centrarse en el polvo del interior del disco, del cual se obtuvieron ya imágenes muy definidas gracias a observaciones anteriores de ALMA, los astrónomos estudiaron el gas de monóxido de carbono (CO) repartido por el disco. Las moléculas de CO emiten una luz muy peculiar en la longitud de onda milimétrica, un rango que ALMA puede observar con gran detalle. Sutiles cambios en la longitud de onda de esta luz debido al efecto Doppler revelaron los movimientos del gas en el disco.

El equipo dirigido por Teague identificó dos planetas situados aproximadamente a 12.000 millones y 21.000 millones de kilómetros de la estrella. El otro equipo, liderado por Pinte, identificó un planeta a aproximadamente 39.000 millones de kilómetros de la estrella [4].

Los dos equipos utilizaron variantes de la misma técnica, que busca anomalías en el flujo del gas (según revelan los cambios en las longitudes de onda de la emisión de CO), lo cual indica que el gas está interactuando con un objeto masivo [5].

La técnica utilizada por Teague, que derivó variaciones promedio en el flujo de gas muy  pequeñas (un pequeño porcentaje), reveló el impacto de varios planetas en los movimientos de gas cerca de la estrella. La técnica utilizada por Pinte, que mide el flujo del gas de forma más directa, se adapta mejor al estudio de la parte externa del disco. Permitió a los autores localizar con mayor precisión el tercer planeta, pero se limita a grandes desviaciones del flujo, mayores que un 10%.

En ambos casos, los investigadores identificaron las áreas donde el flujo del gas no coincide con su entorno, algo parecido a los remolinos que se forman alrededor de una roca en un río. Analizando cuidadosamente ese movimiento, podían ver claramente la influencia de cuerpos planetarios con masas similares a la de Júpiter.

Esta nueva técnica permite a los astrónomos hacer una estimación más precisa de las masas protoplanetarias y es menos probable obtener falsos positivos. “Estamos poniendo a ALMA en la vanguardia del campo de la detección de planetas”, afirma el coautor Ted Bergin, de la Universidad de Michigan.

Ambos equipos seguirán refinando este método y lo aplicarán en otros discos, donde esperan entender mejor cómo se forman las atmósferas y qué elementos y moléculas participan en el proceso de nacimiento de un planeta.

Notas

[1] Aunque se han descubierto miles de exoplanetas en las últimas dos décadas, la detección de protoplanetas se mantiene a la vanguardia de la ciencia y no ha habido detecciones claras hasta ahora. Las técnicas utilizadas actualmente para encontrar exoplanetas en sistemas planetarios completamente formados (como medir el bamboleo de una estrella o la atenuación de la luz de las estrellas debido a un planeta en tránsito) no se prestan a la detección de protoplanetas.

[2] El movimiento del gas alrededor de una estrella en ausencia de planetas tiene un patrón muy simple y predecible (rotación Kepleriana) que es casi imposible de alterar tanto local como coherentemente, por lo que sólo la presencia de un objeto relativamente masivo puede crear tales perturbaciones.

[3] Las impresionantes imágenes de ALMA de HD 163296 y de otros sistemas similares han revelado interesantes patrones de anillos concéntricos y de huecos dentro de los discos protoplanetarios. Estos huecos pueden ser evidencia de que los protoplanetas están socavando y expulsando el polvo y el gas de sus órbitas, e incorporándolo parcialmente a sus propias atmósferas. Un estudio previo del disco de esta estrella en particular muestra que los huecos en el polvo y el gas se superponen, lo que sugiere que en esa zona se han formado al menos dos planetas.

Sin embargo, estas observaciones iniciales sólo proporcionaron indicios y no han podido utilizarse para estimar con precisión las masas de los planetas.

[4] Esto equivale a 80, 140 y 260 veces la distancia entre la Tierra y el Sol.

[5] Esta técnica es similar a la que condujo al descubrimiento del planeta Neptuno en el siglo XIX. En ese caso, se detectaron anomalías en el movimiento del planeta Urano debidas al efecto gravitatorio de un cuerpo desconocido, que posteriormente, en 1846, fue descubierto visualmente y resultó ser el octavo planeta del Sistema Solar.

La técnica utilizada por el equipo de Pinte para determinar la presencia del planeta se basa en un estudio titulado Planet formation signposts: observability of circumplanetary disks via gas kinematics (Señales de formación de planetas: posibilidades de observación de discos circumplanetarios a través de la cinemática del gas) por Pérez et al., publicado en la revista Astrophysical Journal Letters en 2015.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en dos artículos científicos que aparecen en la misma edición de la revista Astrophysical Journal Letters. El primero tiene como título “Kinematic evidence for an embedded protoplanet in a circumstellar disc”, por C. Pinte et al. y el segundo “A Kinematic Detection of Two Unseen Jupiter Mass Embedded Protoplanets”, por R. Teague et al.

El equipo de Pinte está formado por: C. Pinte (Universidad de Monash, Clayton, Victoria, Australia; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia); D. J. Price (Universidad de Monash, Clayton, Victoria, Australia); F. Ménard (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia); G. Duchêne (Universidad de California, Berkeley California, EE.UU.; Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Francia); W.R.F. Dent (Observatorio Conjunto ALMA Observatory, Santiago, Chile); T. Hill (Observatorio Conjunto ALMA, Santiago, Chile); I. de Gregorio-Monsalvo (Observatorio Conjunto ALMA, Santiago, Chile); A. Hales (Observatorio Conjunto ALMA, Santiago, Chile; Observatorio Nacional de Radioastronomía, Charlottesville, Virginia, EE.UU.) y D. Mentiplay (Universidad de Monash, Clayton, Victoria, Australia).

El equipo de Teague está compuesto por: Richard D. Teague (Universidad de Michigan, Ann Arbor, Michigan, EE.UU.); Jaehan Bae (Departamento de Magnetismo Terrestre, Institución Carnegie para la Ciencia, Washington, DC, EE.UU.); Edwin A. Bergin (Universidad de Michigan, Ann Arbor, Michigan, EE.UU.); Tilman Birnstiel (Observatorio de la Universidad, Universidad de Múnich Ludwig Maximilian, Múnich, Alemania) y Daniel Foreman- Mackey (Centro de Astrofísica Computacional, Instituto Flatiron, Nueva York, EE.UU.).

El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencias de Taiwán (NSC, National Science Council), y por el NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc.(AUI), en América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (Joint ALMA Observatory, JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de quince países: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con Chile, país anfitrión, y Australia como aliado estratégico. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. 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 junto con su interferómetro VLTI (Very Large Telescope Interferometer), el más avanzado del mundo, así como dos telescopios de rastreo: VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía), que trabaja en el infrarrojo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT), que rastrea en luz visible. ESO también es socio de dos instalaciones en Chajnantor, APEX y ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Finalmente, en Cerro Armazones, cerca de Paranal, ESO está construyendo el ELT (Extremely Large Telescope), de 39 metros, que llegará a ser “el ojo más grande del mundo para mirar el cielo”.

Las traducciones de las notas de prensa de ESO las llevan a cabo miembros de la Red de Divulgación de la Ciencia de ESO (ESON por sus siglas en inglés), que incluye a expertos en divulgación y comunicadores científicos de todos los países miembros de ESO y de otras naciones.

El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.

Enlaces

• Artículo científico de Pinte et al. en la revista Astrophysical Journal Letters
• Artículo científico de Teague et al. en la revista Astrophysical Journal Letters
• Fotos de ALMA

Contactos

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Monash University
Clayton, Victoria, Australia
Teléfono: +61 4 90 30 24 18
Correo electrónico: christophe.pinte@univ-grenoble-alpes.fr

Richard Teague
University of Michigan
Ann Arbor, Michigan, USA
Teléfono: +1 734 764 3440
Correo electrónico: rteague@umich.edu

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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1818.