Sobre los mecanismos de Formación planetaria

Artist’s depiction of a protoplanetary disk with young planets forming around a star. The right-side panel zooms in to show various nitrile molecules that are accreting onto a planet.

Primeras imágenes de radio de HD 53143 arrojan nuevas luces sobre el desarrollo inicial de sistemas similares al Sistema Solar

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos y astrónomas obtuvo la primera imagen de un disco de escombros de la estrella cercana HD 53143 en longitudes de onda milimétricas, y el resultado dista mucho del que se esperaba. Sobre la base de datos coronagráficos, la comunidad científica esperaba que ALMA confirmara que el disco tenía el aspecto de un anillo visto de frente y con aglomeraciones de polvo. En cambio, el estudio reveló el disco más complejo y excéntrico observado a la fecha. Los resultados de las observaciones se presentaron hoy en una conferencia de prensa durante la asamblea n.o 240 de la Sociedad Astronómica Estadounidense (AAS, en su sigla en inglés), celebrada en Pasadena (California, EE. UU.), y se publicarán en la revista The Astrophysical Journal Letters (ApJL).

HD 53143, una estrella de unos 1.000 millones de años similar al Sol, ubicada a 59,8 años luz de la Tierra, en la constelación Carina, fue observada por primera vez con la cámara coronagráfica avanzada del telescopio espacial Hubble (HST) en 2006. Esta estrella está rodeada por un disco de escombros –un cinturón de cometas que orbitan alrededor de una estrella y, al entrar constantemente en colisión, van desintegrándose y generando polvo y escombros más pequeños– que la comunidad científica creía ser un anillo similar al disco de escombros que rodea nuestro Sol, conocido como Cinturón de Kuiper.

Al observar por primera vez en longitudes de onda milimétricas el objeto HD 53143 –una estrella similar al Sol de unos 1.000 millones de años de edad–, un equipo de investigación descubrió que el disco de escombros de las estrellas es altamente excéntrico. A diferencia de un disco de escombros con forma de anillo, donde la estrella se encuentra en el centro del disco, en el caso de HD 53143 la estrella está ubicada en uno de los focos de un disco elíptico. En esta imagen, es el punto sin resolver situado abajo a la izquierda del centro. El equipo científico cree que el segundo punto sin resolver ubicado en la parte norte de la imagen es un planeta que incide en la forma del disco de escombros y lo perturba. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/M. MacGregor (U. Colorado Boulder); S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Las nuevas observaciones de HD 53143 hechas con los receptores ultrasensibles de Banda 6 de ALMA revelaron que el disco de escombros de este sistema estelar en realidad es considerablemente excéntrico. En los discos de escombros con forma de anillo la estrella suele encontrarse cerca del centro o en pleno centro del disco. En el caso de discos excéntricos con forma elíptica, en cambio, la estrella se ubica cerca de uno de los focos de la elipsis, lejos del centro. Esto es precisamente lo que sucede en el caso de HD 53143, y que no se había observado en estudios coronagráficos anteriores porque los coronógrafos bloquean a propósito la luz de la estrella observada con el fin de permitir una mejor observación de los objetos aledaños. El sistema estelar también podría albergar un segundo disco y al menos un planeta.

“Hasta ahora los científicos nunca habían observado un disco de escombros con una estructura tan compleja. Además de ser una elipsis con una estrella cerca de uno de los focos, probablemente también tiene un segundo disco interno desalineado o inclinado con respecto al disco externo”, explica Meredith MacGregor, profesora asistente del Centro de Astrofísica y Astronomía Espacial (CASA) y del Departamento de Ciencias Astrofísicas y Planetarias (APS) de la Universidad de Colorado Boulder, y autora principal del estudio. “Para que se genere esta estructura tiene que haber uno o más de un planeta cuya fuerza gravitacional está perturbando el material del disco”.

Según Meredith MacGregor, HD 53143 es el disco de escombros más excéntrico observado hasta ahora, al presentar el doble de excentricidad que el disco de escombros de Fomalhaut, cuya imagen completa fue obtenida por Meredith en longitudes de onda milimétricas usando ALMA en 2017. “Hasta ahora no hemos encontrado muchos discos con un nivel significativo de excentricidad. Por lo general, no esperamos que los discos sean demasiado excéntricos a menos que algo, como un planeta, los esté esculpiendo y obligando a adoptar esa forma. Sin esa fuerza, las órbitas suelen ser circulares, como las que vemos en nuestro Sistema Solar”.

Imagen compuesta del sistema estelar HD 53143. Los datos recabados por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), mostrados en naranja y rojo, revelaron por primera vez un disco de escombros con forma de elipsis y excéntrico orbitando alrededor de HD 53143. Un punto sin resolver representa la estrella excéntrica cerca del foco sur del disco, mientras que un segundo punto sin resolver hacia el norte indica la posible presencia de un planeta. En azul y blanco se muestran los datos ópticos de la cámara coronagráfica avanzada del telescopio espacial Hubble. Una máscara coronagráfica bloquea la luz para permitir al equipo de investigación ver lo que sucede alrededor de HD 53143. Créditos: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), M. MacGregor (U. Colorado Boulder); NASA/ESA Hubble, P. Kalas (UC Berkeley); S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

HD 53143 se encuentra en la constelación Carina, a cerca de 59,8 años luz de la Tierra. Créditos: IAU/Sky & Telescope

Meredith MacGregor hace hincapié en que los discos de escombros no son simples aglomeraciones de polvo y rocas dispersas por el espacio, sino registros históricos de procesos de formación planetaria que muestran cómo los sistemas planetarios evolucionan con el tiempo y proporcionan pistas sobre su futuro. “No se puede estudiar la formación de la Tierra y del Sistema Solar directamente, pero se puede estudiar otros sistemas de aspecto similar pero más jóvenes que el nuestro. Es un poco como mirar hacia el pasado”, explica. “Los discos de escombros son registros fosilizados de procesos de formación planetaria, y los resultados de este nuevo estudio confirman que hay mucho más por aprender sobre estos sistemas. Dicho conocimiento podría ayudarnos a entender mejor las complejas dinámicas de los sistemas estelares similares a nuestro Sistema Solar”.

El Dr. Joe Pesce, oficial del Programa de ALMA en la NSF, agregó: «Estamos encontrando planetas donde quiera que miremos, y estos fabulosos resultados de ALMA nos muestran cómo se forman los planetas. Tanto los que están alrededor de otras estrellas como en nuestro propio Sistema Solar. Esta investigación demuestra cómo funciona la astronomía y cómo se avanza, informando no solo lo que sabemos sobre el campo sino también sobre nosotros mismos».

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