Un equipo de astrónomos de Canadá y Estados Unidos utilizó el conjunto de telescopios ALMA para estudiar las relaciones, a menudo fatales, entre las estrellas altamente luminosas de tipo O y las protoestrellas cercanas de la nebulosa

La nebulosa de Orión alberga cientos de estrellas jóvenes y protoestrellas, y algunas de ellas cuentan con discos protoplanetarios, conocidos como proplyds (del inglés PROtoPLanetarY DiskS). Muchos de estos sistemas terminan transformándose en nuevos sistemas planetarios, mientras que otros sufrirán la desintegración de sus componentes de polvo y gas por la intensa radiación ultravioleta emitida por estrellas masivas de tipo O presentes en las inmediaciones.

Un equipo de astrónomos de Canadá y Estados Unidos utilizó ALMA, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, para estudiar las relaciones, a menudo fatales, entre las estrellas altamente luminosas de tipo O y las protoestrellas cercanas de la nebulosa de Orión. Sus datos revelaron que las protoestrellas que se encuentran en un radio de hasta 0,1 años luz (alrededor de 965.000 millones de kilómetros) de una estrella de tipo O están condenadas a ser despojadas de sus núcleos de polvo y gas en apenas algunos millones de años, un plazo mucho más corto del que necesitan los planetas para formarse.

«Las estrellas de tipo O, verdaderos monstruos si se comparan con nuestro Sol, emiten enormes cantidades de radiación ultravioleta que pueden causar grandes estragos durante el desarrollo de sistemas planetarios jóvenes», afirma Rita Mann, astrónoma del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, en Victoria, y autora principal de un artículo publicado en la revista Astrophysical Journal. Agrega que «con ALMA observamos docenas de estrellas embrionarias con potencial de formación planetaria y, por primera vez, vimos claros indicios de discos protoplanetarios que simplemente se esfumaban ante el brillo intenso de una estrella masiva cercana».

Proplyds en Orion de NRAO Outreach en Vimeo.

Muchas estrellas similares al Sol —si no todas— nacen en incubadoras estelares muy pobladas similares a la nebulosa de Orión. En un período de apenas algunos millones de años, los granos de polvo y las nubes de gas se fusionan para formar cuerpos más grandes y densos. De mantenerse relativamente intactos, estos sistemas evolucionan hasta formar verdaderos sistemas solares con planetas grandes y pequeños para, en última instancia, alejarse y pasar a formar parte de la población estelar galáctica.

Los astrónomos creen que las estrellas masivas de corta vida que están presentes dentro y alrededor de las grandes nubes interestelares son esenciales para este proceso de formación estelar. Al llegar al fin de su vida, las estrellas masivas explotan y se convierten en supernovas, un fenómeno que siembra el área circundante con polvo y elementos pesados que terminan incorporándose a la siguiente generación de estrellas. Estas explosiones también aportan el impulso necesario para dar inicio a un nuevo ciclo de formación de estrellas y planetas. Sin embargo, mientras brillan intensamente, estas enormes estrellas pueden ser mortales para los planetas de los sistemas solares embrionarios que estén demasiado cerca.

«Las estrellas masivas son calientes y cientos de veces más luminosas que nuestro Sol», explica James Di Francesco, también miembro del Consejo Nacional de Investigación de Canadá. «Sus fotones energéticos pueden aniquilar rápidamente un disco protoplanetario cercano calentando su gas y desintegrándolo hasta barrerlo del mapa», señala.

El telescopio Hubble

Anteriormente, el telescopio espacial Hubble había producido imágenes sorprendentes de discos protoplanetarios en Orión, muchos de los cuales tenían forma de gota debido a que su contenido de polvo y gas era empujado por el efecto de alguna estrella masiva cercana. Sin embargo, estas imágenes ópticas no revelaban nada acerca de la cantidad de polvo existente, o sobre cómo cambiaban las concentraciones de polvo y gas en función de la presencia de estrellas masivas.

Las nuevas observaciones realizadas con ALMA revelaron la existencia de éstos y otros discos protoplanetarios desconocidos hasta entonces, lo que básicamente duplicó la cantidad de discos descubiertos en ese área. ALMA también pudo observar más allá de su apariencia superficial, escarbando en su interior y mediendo la masa de estos discos.

Al combinar estos resultados con estudios hechos anteriormente con el Submillimeter Array (SMA) de Hawai, los investigadores descubrieron que cualquier protoestrella presente alrededor de una estrella masiva, en la zona donde hay emisiones extremas de rayos UV, sufre una rápida destrucción del material que compone su disco. En efecto, los discos protoplanetarios que se encuentran en esa área retienen solo una fracción (mitad o incluso menos) de la masa necesaria para convertirse en un planeta del tamaño de Júpiter. En tanto, fuera del radio de 0,1 años-luz, en la zona dominada por las emisiones ultravioletas lejanas, los investigadores observaron una amplia gama de discos con masas de entre 1 y 80 veces la masa de Júpiter, proporciones similares a la cantidad de polvo presente en regiones de formación de estrellas de baja masa.

«Nuestras investigaciones con ALMA indican que las regiones con niveles extremos de UV no solo son inhóspitas, sino directamente peligrosas para los planetas en formación. Sin embargo, a una distancia suficiente las condiciones son mucho más pacíficas», señala Mann. «Este trabajo es realmente la punta del iceberg en términos que lo que se descubrirá con ALMA. Esperamos llegar a entender cuán comunes son los sistemas solares como el nuestro».

Fuente: DICYT y Observatorio ALMA. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información:

• ALMA arroja luz sobre las corrientes de gas que permiten la formación de planetas
• Hallan discos protoplanetarios en Ofiuco
• Sistemas estelares binarios rodeados de polvo a consecuencia de las colisiones de sus planetas
• Habrían observado el nacimiento de un planeta gigante
• Nebulosa de Orión: aún llena de sorpresas
• Película revela cómo es el nacimiento de súper soles
• ALMA capta en detalle el dramático nacimiento de una estrella
• Descubren sistema gigante de exoplanetas orbitando una estrella joven
• Semillas de planetas en torno a una estrella fallida
• Las estrellas más brillantes no están solas

El choque de cometas explica la sorprendente presencia de aglomeraciones de gas alrededor de una estrella joven. ALMA revela la existencia de una enigmática masa de gas en un disco de restos que rodea a Beta Pictoris

Utilizando el telescopio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) situado en el norte de Chile, un equipo de astrónomos ha anunciado hoy el descubrimiento de una inesperada aglomeración de monóxido de carbono en el polvoriento disco que rodea a la estrella Beta Pictoris. Esto supone una sorpresa, ya que se supone que este tipo de gas es rápidamente destruido por la luz de la estrella. Algo —probablemente numerosas colisiones entre pequeños objetos helados como cometas— debe estar haciendo que el gas siga reponiéndose continuamente. Los nuevos resultados se publican hoy en la revista Science.

Beta Pictoris, una estrella cercana fácilmente visible a ojo en el cielo austral, ya es aclamada como el arquetipo de sistema planetario joven. Se sabe que alberga un planeta que orbita a unos 1.200 millones de kilómetros de su estrella, y fue una de las primeras estrellas descubiertas rodeada por un gran disco de restos polvorientos [1].

Nuevas observaciones llevadas a cabo con ALMA muestran que el disco está impregnado de monóxido de carbono. Paradójicamente, la presencia de monóxido de carbono, tan nocivo para los seres humanos en la Tierra, podría indicar que el sistema planetario de Beta Pictoris podría convertirse en un buen hábitat para albergar vida. El bombardeo de cometas que están sufriendo sus planetas puede estar proporcionándoles agua, lo que podría permitir el desarrollo de vida [2].

Pero el monóxido de carbono se descompone rápidamente y con facilidad por la luz de las estrellas: solo puede durar unos 100 años en las zonas del disco de Beta Pictoris donde ha sido observado. Encontrarlo en el disco de Beta Pictoris, de 20 millones de años, es una sorpresa total. ¿De dónde proviene y por qué está aún ahí?

“A menos que estemos viendo a Beta Pictoris pasando por un momento muy inusual, el monóxido de carbono debe estar siendo repuesto de manera continua”, afirma Bill Dent, astrónomo de ESO en la Oficina Conjunta de ALMA (Joint ALMA Office, Santiago, Chile) y autor principal del artículo publicado hoy en la revista Science. “La fuente más abundante de monóxido de carbono en un sistema solar joven son las colisiones entre cuerpos helados, desde cometas hasta objetos mayores, de tamaño planetario”.

Pero el ritmo de destrucción debe ser muy alto: “Para obtener la cantidad de monóxido de carbono que estamos observando, el ritmo de colisiones debería ser verdaderamente sorprendente: una colisión de un cometa de gran tamaño cada cinco minutos”, señala Aki Roberge, astrónomo del Centro de Investigación Goddard de la NASA (Greenbelt, EE.UU.) y coautor del artículo. “Para alcanzar este número de colisiones, debería tratarse de un enjambre de cometas muy juntos y muy masivo”.

Pero ha habido más sorpresas en las observaciones de ALMA, que no solo descubrió el monóxido de carbono, sino que además hizo un mapa de su ubicación en el disco gracias a la capacidad única de ALMA de medir de manera simultánea tanto la posición como la velocidad: el gas se encuentra concentrado en un grumo compacto. Esta concentración se encuentra a 13.000 millones de kilómetros de su estrella, lo que supone tres veces la distancia de Neptuno al Sol. El motivo por el cual el gas se encuentra en ese pequeño espacio tan lejos de la estrella es un misterio.

“Esta aglomeración es una clave importante para lo que está ocurriendo en las zonas exteriores de este joven sistema planetario”, afirma Mark Wyatt, astrónomo de la Universidad de Cambridge (Reino Unido), y coautor del artículo. Continua explicando que hay dos formas en las que puede formarse una aglomeración de este tipo: “O bien la fuerza gravitatoria de un planeta aún no visto, similar en masa a Saturno, está concentrando las colisiones de cometas en un área pequeña, o bien lo que vemos son los remanentes de una única y catastrófica colisión entre dos planetas helados de la masa de Marte”.

Ambas posibilidades dan a los astrónomos razones para ser optimistas y creer que hay varios planetas más esperando ser descubiertos alrededor de Beta Pictoris. “El monóxido de Carbono es sólo el principio: puede haber otras moléculas pre-orgánicas más complejas liberadas por esos cuerpos helados”, añade Roberge.

Se han planeado observaciones posteriores con ALMA, que aún no ha alcanzado el cien por cien de sus capacidades, aún en desarrollo, con el fin de arrojar más luz sobre este misterioso sistema planetario, ayudando así a comprender qué condiciones se dieron durante la formación de nuestro Sistema Solar.

Notas

[1] Muchas estrellas están rodeadas por turbulentas nubes de polvo, conocidas como “debris” o discos de escombros. Son restos de una colisión en cascada de las rocas que orbitan a la estrella, algo parecido a la colisión de los fragmentos de la estación espacial representada en la película Gravity (pero a una escala mucho mayor). Pueden revisar observaciones anteriores de Beta Pictoris en eso1024 y eso0842.

[2] Los cometas contienen hielo de monóxido de carbono, dióxido de carbono, amoníaco y metano, pero el componente mayoritario es una mezcla de polvo y hielo de agua.

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado en Europa por el Observatorio Europeo Austral (ESO), en América del Norte por la Fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos (NSF) en cooperación con Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencias (NSC) de Taiwán; y en Asia Oriental  por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). 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 operación de ALMA.

Esta investigación se ha presentado en un artículo titulado “Molecular Gas Clumps from the Destruction of Icy Bodies in the β Pictoris Debris Disk” que aparece en la revista  Science del 6 de marzo de 2014.

El equipo está compuesto por W.R.F. Dent (Oficina Conjunta de ALMA, Santiago, Chile [JAO]), M.C. Wyatt (Instituto de Astronomía, Cambridge, Reino Unido [IoA]), A. Roberge (Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA, Greenbank, USA), J.-C. Augereau (Instituto de Planetología y Astrofísica de Grenoble, Francia [IPAG]), S. Casassus (Universidad de Chile, Santiago, Chile), S. Corder (JAO), J.S. Greaves (Universidad de Andrews, Reino Unido), I. de Gregorio-Monsalvo (JAO), A. Hales (JAO), A.P.Jackson (IoA), A. Meredith Hughes (Universidad de Wesleyan, Middletown, EE.UU.), A.-M. Lagrange (IPAG), B. Matthews (Consejo Nacional de Investigación de Canadá, Victoria, Canadá) y D. Wilner (Observatorio de Astrofísica Smithsonian, Cambridge, EE.UU.).

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Quince países apoyan esta institución: 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 tres sitios únicos de observación de categoría mundial en Chile: 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 trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (sigla en inglés del 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”.

Enlaces

• Imágenes de ALMA
• Más información sobre ALMA

Fuente: ESO y The Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

Más información:

• Captan el primer exoplaneta con la tecnología de las cámaras fotográficas
• Visualizan un exoplaneta en movimiento
• Posible planeta descubierto en Beta Pictoris
• Un cuerpo formándose en un disco protoplanetario joven podría desafiar las teorías de formación de planetas
• ALMA arroja luz sobre las corrientes de gas que permiten la formación de planetas
• Un análogo del cinturón de Kuiper alrededor de Fomalhaut, donde se destruyen los cometas
• Una estrella envejecida está envuelta en vapor de agua
• Astrónomos detectan nieve alrededor de un sistema solar recién nacido