10/Sep/08

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Los instrumentos del VLT encuentran pistas de la presencia de planetas en jóvenes discos de gas

Los astrónomos han podido estudiar en un detalle insuperable los jóvenes discos formadores de planetas alrededor de estrellas similares al Sol y que claramente revelan el movimiento y distribución del gas en las regiones interiores del disco

Este resultado, que posiblemente implica la presencia de planetas gigantes, se hizo mediante la combinación de un método muy inteligente permitido por el Very Large Telescope de la ESO.

Disco de formación planetaria (concepto artístico). Se sabía que los discos estudiados tienen brechas en el polvo (representado en color pardo en la imagen) pero los astrónomos descubrieron que el gas todavía estaba presente dentro de estas brechas (en color blanco en la imagen). Esto puede significar que el polvo se agrupa para formar embriones planetarios, o que ya se formó un planeta y está en el proceso de reducir el gas en el disco.

Los discos formadores de planetas pueden ser hogar de otras formas de vida, de modo que el estudio de exoplanetas califica muy alto en astronomía contemporánea. Ya se conocen más de 300 planetas que giran alrededor de estrellas que no son el Sol, y estos nuevos mundos muestran una asombrosa diversidad de características. Pero los astrónomos no miran en los sistemas donde ya se formaron planetas, también pueden adquirir grandes conocimientos estudiando los discos alrededor de estrellas jóvenes donde los planetas pueden estar formándose actualmente.

"Es como retroceder 4.600 millones de años para observar cómo se formaron los planetas de nuestro propio Sistema Solar", dice Klaus Pontoppidan de Caltech, que lideró la investigación.

Pontoppidan y sus colegas analizaron tres jóvenes estrellas análogas a nuestro Sol que están rodeadas por un disco de gas y polvo, donde podrían formarse los planetas.

Estos tres discos tienen una edad de apenas unos cuantos millones de años, y se sabía que tenían brechas o agujeros, indicando regiones donde el polvo ha sido eliminado y la posible presencia de planetas jóvenes.

Los nuevos resultados no sólo confirman que el gas está presente en las brechas del polvo, también permiten a los astrónomos medir cómo se distribuye el gas en el disco y cómo éste está orientado. En las regiones donde el polvo parece haber sido eliminado, el gas molecular todavía es muy abundante. Esto puede significar que el polvo se ha agrupado para formar embriones planetarios, o que un planeta ya se formó y está en el proceso de eliminar el gas en el disco.

El instrumento CRIRES, ubicado sobre la plataforma Nasmyth de la unidad Telescopio 1 del VLT, Antu. CRIRES es el espectrógrafo criogénico infrarrojo de alta resolución que provee de una potencia de resolución de hasta 100.000 en la extensión espectral de 1 a 5 micras. CRIRES puede aumentar todas aplicaciones científicas apuntando a objetivos más débiles, mayores ampliaciones (fuentes extendidas), espectrales y resolución temporal. CRIRES también permite que los astrónomos utilicen el novedoso método de "imágenes espectrales".

Para una de las estrellas, Sr 21, una explicación probable es la presencia de un masivo planeta gigante que orbita a una distancia menor a 3,5 veces la de Tierra-Sol, mientras que para la segunda estrella, HD 135344B, podría tener un planeta posible en una órbita a 10-20 veces esa distancia. Las observaciones de la tercera estrella, TW Hydrae, también podrían requerir la presencia de uno o dos planetas.

"Nuestras observaciones con el instrumento CRIRES del Very Large Telescope de la ESO revelan claramente que los discos alrededor de estas tres estrellas jóvenes y similares al Sol son todas muy diferentes y posiblemente terminarán en sistemas planetarios muy diferentes", concluye Pontoppidan. "Indudablemente, a la naturaleza no le gusta repetirse". [ver nota 1]

"Esta clase de observaciones complementa el futuro trabajo del observatorio ALMA, que estará tomando imágenes de estos discos en gran detalle y a una escala más grande", agrega Ewine van Dishoeck, del Leiden Observatory, y que trabaja con Pontoppidan.

Estudiar las brechas en los discos de polvo que son del tamaño del Sistema Solar, alrededor de estrellas que están ubicadas a una distancia de 400 años-luz es un desafío intimidante que requiere de una solución inteligente y los mejores instrumentos posibles. [ver nota 2]

"La forma tradicional de obtención de imágenes no puede ver detalles a escala de distancias planetarias y de objetivos ubicados tan lejos", explica van Dishoeck. "La interferometría puede lograrlo, pero no nos permite seguir el movimiento del gas".

Los astrónomos usaron una técnica conocida como "obtención de imágenes por espectro-astrometría" para darles una ventana hacia las regiones interiores de los discos donde pueden estar formándose los planetas similares a la Tierra. Fueron capaces no sólo de medir distancias tan pequeñas como una décima de la distancia Tierra-Sol, sino también la velocidad del gas al mismo tiempo. [ver nota 3]

"La particular configuración del instrumento y el uso de una óptica adaptativa permite a los astrónomos llevar a cabo observaciones con esta técnica de una manera muy cómoda: como consecuencia, la obtención de imágenes por espectro-astrométrica con CRIRES ahora puede ser realizada con regularidad", dice Alain Smette de la ESO y miembro del equipo. [ver nota 4]

Notas

Nota 1.- Los discos tienen un ancho de aproximadamente ciento unidades astronómicas (UA es la distancia de media entre la Tierra y el Sol, o 149.600.000 kilómetros), pero las estrellas están a más de 200 años-luz (un año luz son 200.000 UA). Para resolver estructuras a una escala de 1 UA en estos sistemas significa leer la placa de la matrícula de un automóvil a una distancia de 2.000 km, más o menos de Estocolmo a Lisboa.

Nota 2.- CRIRES, el espectrógrafo casi infrarrojo adjunto al Very Large Telescope de la ESO, es alimentado desde el telescopio a través de un módulo de óptica adaptativa que corrige el efecto borroso de la atmósfera y hace posible tener una abertura muy angosta con una alta dispersión espectral: el ancho de la abertura es de 0,2 arcosegundos y la resolución espectral es de 100.000. Usando la espectro-astrometría se logra una resolución espacial final superior a 1 mili-arcosegundo.

Nota 3.- El núcleo de la técnica de imágenes por espectro-astrometría depende de la capacidad de posicionar CRIRES con mucha precisión en el cielo, mientras conserva la capacidad de dispersar la luz en un espectro para detectar diferencias de longitudes de onda de una cienmilésima. Más precisamente, los astrónomos miden el centroide en la dirección espacial de una línea de emisión resuelta en modo espectral: efectivamente, los astrónomos toman una nítida línea de emisión -una clara huella digital de una molécula en el gas- y usan los datos de varias posiciones de abertura para localizar los orígenes de las líneas de emisión en particular; de ese modo correlacionan la distribución del gas con una precisión mucho mayor que la que se puede lograr con las imágenes tomadas directamente. Los astrónomos han obtenido espectros de los discos centrados en las longitudes de onda de 4,715 micras en 6 posiciones angulares diferentes.

Nota 4.- Alain Smette es el científico del instrumento CRIRES.

Fuente: ESO. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard