Solucionado el eterno misterio de la formación planetaria gracias a nuevas observaciones de una “trampa de polvo” en torno a una joven estrella.-
Impresión artística de la factoría de cometas vista por ALMA
Utilizando el nuevo conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large
Millimeter/submillimeter Array) un equipo de astrónomos ha conseguido
obtener una imagen de la región que rodea a una joven estrella en la que
las partículas de polvo pueden crecer por acumulación. Es la primera
vez que este tipo de trampa de polvo ha sido modelada y observada
claramente. Soluciona el eterno misterio sobre cómo las partículas de
polvo en los discos crecen, alcanzando tamaños mayores, de manera que,
finalmente, pueden formar cometas, planetas y otros cuerpos rocosos. Los
resultados se han publicado en la revista Science el 7 de junio de
2013.
Imágenes
Imagen de la trampa de polvo y de la factoría de cometas en torno a Oph-IRS 48 obtenida por ALMA (con anotaciones)
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Los astrónomos saben que hay numerosos planetas alrededor de otras
estrellas. Pero no terminan de comprender del todo cómo se forman y hay
muchos aspectos de la formación de los cometas, planetas y otros cuerpos
rocosos que siguen siendo un misterio. Sin embargo, utilizando el gran
potencial de ALMA, se han llevado a cabo nuevas observaciones que ahora
ofrecen respuestas a las grandes preguntas: ¿cómo pueden los diminutos
granos de polvo del disco que rodea a estrellas jóvenes crecer y hacerse
cada vez más grandes hasta, finalmente, convertirse en escombros, e
incluso en rocas que bien pueden superar el metro de tamaño?
Los modelos informáticos sugieren que los granos de polvo crecen tras
chocar y quedarse pegados. Sin embargo, cuando estos granos de mayor
tamaño chocan de nuevo a grandes velocidades, por lo general se rompen
en pedazos y vuelven a su situación anterior. Incluso cuando esto no
ocurre, los modelos muestran que los granos de mayor tamaño se moverían
rápidamente hacia el interior debido a la fricción entre el polvo y el
gas y caerían sobre su estrella anfitriona, sin darles la oportunidad de
seguir creciendo.
De algún modo, el polvo necesita un refugio seguro en el que las
partículas puedan seguir crecienco hasta que sean lo suficientemente
grades como para sobrevivir por sí solas [1].
Ya se había porpuesto antes la existencia de estas “trampas de polvo”,
pero hasta el momento no había pruebas observacionales.
Nienke van der Marel (estudiante de doctorado de la Universidad de
Leiden, en los Países Bajos, y autora principal del artículo), junto con
sus colaboradores, utilizó ALMA para estudiar el disco en un sistema
llamado Oph-IRS 48 [2].
Descubrieron que la estrella estaba circundada por un anillo de gas con
un hueco central, probablemente creado por un planeta no visto o una
estrella compañera. Observaciones anteriores realizadas con el
telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO ya habían mostrado
que las pequeñas partículas de polvo también formaban una estructura de
anillo similar. Pero la nueva visión de ALMA del lugar en el que se
encontraron partículas de polvo mayores que un milímetro ¡era muy
diferente!
“De entrada, la forma del polvo en la imagen fue una completa sorpresa”, afirma van der Marel. “En
lugar del anillo que esperábamos ver, ¡descubrimos algo que claramente
tenía forma de anacardo! Tuvimos que convencernos a nosotros mismos de
que esa forma era real, pero la fuerte señal y la claridad de las
observaciones de ALMA no dejaban lugar a dudas en cuanto a la
estructura. Entonces nos dimos cuenta de lo que habíamos descubierto”.
Lo que se ha descubierto es una región en la que los granos de polvo
de mayor tamaño han sido atrapados y han podido crecer mucho más al
chocar y quedarse pegados. Era una trampa de polvo — justo lo que
andaban buscando los teóricos.
Tal y como explica van der Marel: “Es probable que estemos
observando una especie de factoría de cometas, ya que las condiciones
son las adecuadas para que las partículas crezcan desde un tamaño
milimétrico hasta un tamaño cometario. No es probable que el polvo forme
planetas a esa distancia de la estrella. Pero en un futuro no muy
lejano ALMA podrá observar esas trampas de polvo más cerca de
la estrella anfitriona, en las que están en funcionamiento los mismos
mecanismos. Este tipo de trampas de polvo sí serían la cuna de planetas
recién nacidos”.
La trampa de polvo se forma a medida que partículas de polvo de mayor
tamaño se mueven hacia regiones de mayor presión. Los modelos
informáticos muestran que estas regiones de alta presión pueden
originarse a partir de movimientos del gas situado al extremo de un
agujero de gas — justo como el que se ha encontrado en este disco.
“La combinación de los trabajos de modelado junto con las observaciones de alta calidad de ALMA hacen de este un proyecto único”,
afirma Cornelis Dullemond, del Instituto de Teoría Astrofísica, en
Heidelberg (Alemania), experto en evolución del polvo y modelado de
discos y miembro del equipo. “Cuando se llevaron a cabo estas
observaciones estábamos trabajando en modelos que predecían exactamente
este tipo de estructuras: una afortunada coincidencia”.
Las observaciones se llevaron a cabo cuando el conjunto ALMA aún
estaba en construcción. Utilizaron los receptores de banda 9 de ALMA [3]
— unos dispositivos fabricados en Europa que permiten a ALMA crear las
imágenes más nítidas que se han obtenido hasta el momento.
“Estas observaciones demuestran que ALMA es capaz de proporcionar
ciencia revolucionaria, incluso con menos de la mitad de las antenas en
uso”, afirma Ewine van Dishoeck, del Observatorio de Leiden, que
ha sido uno de los principales colaboradores del proyecto ALMA durante
más de 20 años. “El increíble salto, tanto en
sensibilidad como en nitidez, de las imágenes obtenidas en la banda 9,
nos ofrece la oportunidad de estudiar aspectos básicos de la formación
planetaria de maneras que, sencillamente, antes no eran posibles”.
Notas
[1] El origen de la trampa de polvo, en
este caso un vórtice en el gas del disco, tiene periodos de vida de
cientos de miles de años. Incluso cuando la trampa de polvo deja de
actuar, el polvo acumulado en la trampa tardaría millones de años en
dispersarse, proporcionando mucho tiempo a los granos de polvo para
crecer.
[2] El nombre es una combinación del nombre de la
constelación de la región de formación estelar en la que se encuentra el
sistema y del tipo de fuente, siendo Oph asignado por la constelación
de Ophiuchus (El Portador de la Serpiente), mientras que IRS se asigna
por la fuente infrarroja. La distancia que separa a la Tierra de Oph-IRS
48 es de unos 400 años luz.
[3] ALMA puede observar en diferentes bandas de
frecuencia. La banda 9, que opera en longitudes de onda de entre 0,4 y
0,5 milímetros, es el modo que proporciona, con diferencia, las imágenes
más nítidas.
Información adicional
Este trabajo se presenta en el artículo “A major asymmetric dust trap in a transition disk“, por van der Marel et al, que aparece en la revista Science el 7 de junio de 2013.
El equipo está compuesto por Nienke van der Marel (Observatorio de
Leiden, Países Bajos), Ewine F. van Dishoeck (Observatorio de Leiden;
Instituto Max-Planck de Física Extretarrestre, Garching, Alemania
[MPE]), Simon Bruderer (MPE), Til Birnstiel (Centro de Astrofísica
Harvard-Smithsonian, Cambridge, EE.UU. [CfA]), Paola Pinilla
(Universidad de Heidelberg, Alemania), Cornelis P. Dullemond
(Universidad de Heidelberg), Tim A. van Kempen (Observatorio de Leiden;
Oficinas de ALMA, Santiago, Chile), Markus Schmalzl (Observatorio de
Leiden), Joanna M. Brown (CfA), Gregory J. Herczeg (Instituto Kavli de
Astronomía y Astrofísica, Universidad de Peking, Beijing, China),
Geoffrey S. Mathews (Observatorio de Leiden) y Vincent Geers (Instituto
de Estudios Avanzados de Dublín, Irlanda).
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, Brasil,
Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Holanda, Italia, Portugal, el
Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza. 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, el observatorio
óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA
(siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para
Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más
grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de
Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente
para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un
revolucionario telescopio, ALMA, el proyecto astronómico más grande en
desarrollo. Actualmente ESO está planificando el European Extremely Large Telescope,
E-ELT, el telescopio óptico y de infrarrojo cercano 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.
El nodo español de la red ESON está representado por J. Miguel Mas Hesse y Natalia Ruiz Zelmanovitch.
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Esta es una traducción de la nota de prensa de ESO eso1325.
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