ESO : Esculpiendo sistemas solares

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El instrumento SPHERE, de ESO, revela discos protoplanetarios a los que planetas recién nacidos dan forma

9 de Noviembre de 2016

Nuevas y precisas observaciones han revelado llamativas características en discos de formación de planetas alrededor de estrellas jóvenes. El instrumento SPHERE, instalado en el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO, ha permitido observar la compleja dinámica de varios sistemas solares jóvenes — incluyendo uno en tiempo real. Los resultados de tres equipos de astrónomos, recientemente publicados, muestran la impresionante capacidad de SPHERE para captar la forma en que los planetas esculpen los discos a partir de los cuales se forman, sacando a la luz la complejidad del entorno en el cual surgen estos nuevos mundos.

Tres equipos de astrónomos han hecho uso de SPHERE, un avanzado instrumento para la detección de exoplanetas instalado en el VLT (Very Large Telescope), en el Observatorio Paranal de ESO, con el fin de arrojar luz sobre la enigmática evolución de incipientes sistemas planetarios. El auge en el número de exoplanetas conocidos en los últimos años ha convertido su estudio en uno de los campos más dinámicos de la astronomía moderna.

Hoy se sabe que los planetas se forman a partir de grandes discos de gas y polvo que rodean a las estrellas recién nacidas, conocidos como discos protoplanetarios. Pueden tener tamaños de cientos de millones de kilómetros. Con el tiempo, las partículas de estos discos protoplanetarios chocan, se combinan y, finalmente, acaban formando cuerpos de tamaño planetario. Sin embargo, los detalles más finos de la evolución de estos discos de formación planetaria siguen siendo un misterio.

SPHERE es un instrumento recientemente añadido al conjunto de instrumentos del VLT. Su combinación de nuevas tecnologías proporciona un potente método para obtener imágenes directas de detalles de los discos protoplanetarios [1]. La interacción entre los discos protoplanetarios y los planetas en formación puede dar diversas formas a los discos: grandes anillos, brazos espirales o huecos con sombras. Son de especial interés porque aún es necesario encontrar una relación inequívoca entre estas estructuras y los planetas que les dan forma, un misterio que los astrónomos están dispuestos a resolver. Afortunadamente, las capacidades especializadas de SPHERE permiten que los equipos de investigación observen directamente las llamativas características de los discos protoplanetarios.

Por ejemplo, RXJ1615 es una joven estrella que se encuentra en la constelación de Escorpio, a 600 años luz de la Tierra. Un equipo dirigido por Jos de Boer, del Observatorio de Leiden (Países Bajos), encontró un complejo sistema de anillos concéntricos rodeando a la joven estrella, una forma que se asemeja a una versión titánica de los anillos que rodean a Saturno. Anteriormente se habían obtenido muy pocas imágenes de este tipo anillos esculpidos en un disco protoplanetario, con una forma tan intrincada, y aún más emocionante, todo el sistema parece tener solo 1,8 millones de años. El disco muestra indicios de haber adquirido esta forma debido a planetas en pleno proceso de formación.

La edad del nuevo disco protoplanetario detectado hace de RXJ1615 un sistema excepcional, ya que la mayoría de los ejemplos de discos protoplanetarios detectados hasta ahora son relativamente viejos o evolucionados. El inesperado resultado de De Boer se amplió rápidamente gracias a los resultados de un equipo dirigido por Christian Ginski, también del Observatorio de Leiden. Observaron la joven estrella HD97048, situado en la constelación del Camaleón, a unos 500 años luz de la Tierra. A través de un minucioso análisis, encontraron que el joven disco que hay alrededor de esta estrella se ha formado también en anillos concéntricos. La simetría de estos dos sistemas es un resultado sorprendente, dado que la mayoría de los sistemas protoplanetarios contiene una multitud de brazos espirales asimétricos, vacíos y vórtices. Estos descubrimientos aumentan significativamente el número de sistemas conocidos con múltiples anillos altamente simétricos.

Un equipo de astrónomos, dirigido por Tomas Stolker, del Instituto de Astronomía Anton Pannekoek (Países Bajos), captó un ejemplo particularmente espectacular del disco asimétrico más común. Este disco rodea a la estrella HD135344B, situada a unos 450 años luz de distancia. Aunque esta estrella ha sido bien estudiada con anterioridad, SPHERE ha permitido ver el disco protoplanetario con un nivel de detalle nunca alcanzado antes. Se cree que la gran cavidad central y las dos prominentes estructuras en forma de brazo espiral fueron creadas por uno o varios protoplanetas masivos, destinados a convertirse en mundos similares a Júpiter.

Además se observaron cuatro rayas oscuras, al parecer las sombras lanzadas por el movimiento del material dentro del disco de HD135344B. Una de las cosas a destacar es que una de las vetas cambió notablemente en los meses que pasaron entre los periodos de observación: un raro ejemplo de evolución planetaria en tiempo real, indicando cambios que ocurren en las regiones internas del disco y que no pueden detectarse directamente con SPHERE. Además de dar lugar a bellas imágenes, estas sombras parpadeantes proporcionan una manera única de sondear la dinámica de las regiones del interior del disco.

Al igual que los anillos concéntricos descubiertos por De Boer y Ginski, estas observaciones del equipo de Stolker demuestran que aún es posible hacer descubrimientos sorprendentes en el entorno complejo y cambiante de los discos alrededor de estrellas jóvenes. Elaborando un impresionante cuerpo de conocimiento sobre estos discos protoplanetarios, estos equipos están acercándose a las respuestas que nos ayudarán a entender cómo los planetas dan forma a los discos de los que nacen y, por tanto, entender cómo es la propia formación planetaria.

Notas

[1] SPHERE vio su primera luz en junio de 2014. El instrumento utiliza óptica adaptativa avanzada para eliminar la distorsión atmosférica, un coronógrafo para bloquear la mayoría de la luz de la estrella central y una combinación de imagen diferencial y polarimetría para aislar la luz de las partes del disco.

Información adicional

La investigación de De Boer, Ginski y Stolker y sus colegas del consorcio SPHERE ha sido aceptada para su publicación en la revista Astronomy and Astrophysics. Sus artículos científicos se titulan: “Direct detection of scattered light gaps in the transitional disk around HD 97048 with VLT/SPHERE”, “Shadows cast on the transition disk of HD 135344B: Multi-wavelength VLT/SPHERE polarimetric differential imaging”, y “Multiple rings in the transition disk and companion candidates around RX J1615.3-3255: High contrast imaging with VLT/SPHERE”. Los tres artículos se han desarrollado en el marco del programa SPHERE GTO, liderado por Carsten Dominik, de la Universidad de Ámsterdam.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. 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, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el E-ELT (European Extremely Large Telescope), 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.

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