Pistas sobre planetas en discos de gas

Un instrumento del Telescopio Muy Grande de ESO indica la presencia de planetas en discos jóvenes de gas.

Los astrónomos han podido estudiar con un detalle sin precedentes discos de formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes tipo Sol, revelando claramente el movimiento y la distribución del gas en las regiones interiores del disco. Este resultado, que probablemente implica la presencia de planetas gigantes, fue posible gracias a la combinación de un método muy inteligente conjuntado con el Telescopio Muy Grande (VLT) de ESO.

Ya se sabía que los discos de polvo (representados en color amarronado) presentaban huecos, pero los astrónomos descubrieron que también había gas en los huecos (que aquí se ven en color blanco). Esto puede significar que el polvo se ha acumulado para formar embriones planetarios, o que el planeta ya se ha formado y se encuentra en proceso de eliminar el gas en el disco. - © ESO

Los planetas podrían ser el hogar de otras formas de vida, de modo que el estudio de los exoplanetas ocupa un lugar muy alto en la lista de la astronomía contemporánea.

Ya se conocen más de 300 planetas que orbitan alrededor de estrellas diferentes a nuestro Sol, y estos nuevos mundos muestran una diversidad asombrosa en sus características. Pero los astrónomos no observan únicamente a los sistemas donde los planetas ya se han formado; también pueden obtener mucha información por el estudio de los discos que rodean a las estrellas jóvenes en los cuales pueden estarse formando planetas en la actualidad. “Es como retroceder 4 600 millones de años en el tiempo para ver cómo se formaron los planetas de nuestro sistema solar”, dice Klaus Pontoppidan de Caltech, quien encabezó la investigación.

Pontoppidan y sus colegas analizaron tres jóvenes análogos de nuestro Sol que están, cada uno de ellos, rodeados por un disco de gas y polvo a partir del cual podrían formarse planetas. Estos tres discos tienen apenas unos pocos millones de años de edad y ya se sabían que contenían huecos o brechas en ellos, lo que indicaba regiones donde el polvo había sido eliminado y la presencia posible de planetas jóvenes.

Los nuevos resultados no solamente confirman que hay gas presente en los huecos del polvo, sino que también permitieron a los astrónomos medir cómo está distribuido el gas en el disco y cómo está orientado el disco.

En las regiones en las que parece haberse eliminado el gas, éste todavía se encuentra abundantemente en forma molecular. Esto puede significar tanto que el polvo se ha acumulado para formar embriones planetarios, como que ya se ha formado un planeta y que se encuentra en proceso de eliminar el gas en el disco.

En el caso de una de las estrellas, SR 21, una explicación probable es la presencia de un masivo planeta gigante que orbita a menos de 3,5 veces la distancia Tierra-Sol, mientras que en el caso de una segunda estrella, HD 135344B, es posible que haya un planeta orbitando a 10 o 20 veces la distancia Tierra-Sol. Las observaciones de la tercera estrella, TE Hydrae, pueden también requerir la presencia de uno o dos planetas.

“Nuestras observaciones realizadas con el instrumento CRIRES adosado al Telescopio Muy Grande de ESO revelan claramente que los discos que rodean a estas tres estrellas jóvenes tipo Sol son todos muy diferentes y muy posiblemente resultarán en sistemas planetarios muy diferentes”, concluye Pontoppidan. “Ciertamente, la naturaleza no gusta de repetirse a sí misma” [1].

“Esta clase de observaciones complementan el trabajo futuro del observatorio ALMA, que fotografiará a estos discos con gran detalle y en una escala mayor”, agrega Ewine van Dishoeck, del Observatorio de Leiden, quien trabaja con Pontoppidan.

El estudio de huecos en discos de polvo que tienen el tamaño del sistema solar y que rodean a estrellas que se encuentran a distancias de hasta 400 años-luz es un reto formidable que requiere una solución inteligente y los mejores instrumentos posibles [2].

“La fotografía tradicional no puede pretender ver detalles de escala planetaria para objetos que se encuentran tan lejos”, explica van Dishoeck. “La interferometría puede obtener mejores resultados pero no nos permite seguir el movimiento del gas”.

Los astrónomos utilizaron una técnica conocida como “fotografía espectro-astrométrica” que les ofrece una ventana hacia las regiones interiores de los discos donde pueden estarse formando planetas tipo Tierra. Pudieron no solamente medir distancias tan pequeñas como un décimo de la distancia Tierra-Sol, sino también medir la mismo tiempo la velocidad del gas [3].

“La configuración particular del instrumento y el uso de la óptica adaptable permite a los astrónomos llevar a cabo observaciones con esta técnica en una forma muy amistosa; en consecuencia, la fotografía espectro-astrométrica con CRIRES puede ser realizada ahora en forma rutinaria”, dice el miembro del equipo Alain Smette, de ESO [4].

NOTAS

Pontoppidan, K. M. et. al. 2008, “Spectro-Astrometric Imaging of Molecular Gas Within Protoplanetary Disk Gaps”, Astrophysical Journal, 684, 1323, Septiembre 10, 2008.

Los miembros del equipo son: Klaus M. Pontoppidan, Geoffrey A. Blake, y Michael J. Ireland (Instituto de Tecnología de California, Pasadena, EE.UU.), Ewine F. van Dishoeck (Observatorio de Leiden, Holanda, e Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemania - MPE), Alain Smette (ESO, Chile), y Joanna Brown (MPE).

[1] Los discos tienen un diámetro de aproximadamente cien unidades astronómicas (UA, es decir, la distancia media entre la Tierra y el Sol, o sea unos 149,6 millones de kilómetros), pero las estrellas se encuentran a más de 200 años-luz de distancia, (un año-luz equivale a unas 200 000 UA). El resolver estructuras en escalas de 1 UA en estos sistemas equivale a leer la matrícula de un automóvil a una distancia de 2 000 kilómetros, es decir, aproximadamente la distancia entre Estocolmo y Lisboa.

[2] CRIRES, el espectrógrafo del infrarrojo cercano adosado al Telescopio Muy Grande de ESO, es alimentado por el telescopio a través de un módulo de óptica adaptable que corrige el efecto de distorsión de la atmósfera de modo que hace posible tener una ranura muy angosta con una alta dispersión espectral; el ancho de la ranura es de 0,2 arcosegundos y la resolución espectral es de 100 000. Utilizando la espectro-astrometría se puede alcanzar una resolución espacial de menos de un mili-arcosegundo.

[3] El núcleo de la fotografía espectro-astrométrica radica en la capacidad de CRIRES de ser posicionado muy precisamente en el cielo, a la vez que retiene la capacidad de difundir la luz en un espectro tal que pueden ser detectadas las diferencias de longitudes de onda de una parte en 100 000.

Más precisamente, los astrónomos miden el centroide en la dirección espacial de una línea de emisión resuelta espectralmente: en efecto, los astrónomos toman una línea nítida de emisión (una huella dactilar clara de una molécula en el gas) y utilizan los datos de varias posiciones de la ranura para localizar las fuentes de líneas de emisión en particular, y por lo tanto de mapear la distribución del gas con una precisión mucho mayor de la que se puede lograr con fotografía directa. Los astrónomos han obtenido espectros de los discos centrados en longitudes de onda de 4,175 micrones en seis diferentes ángulos de posición.

[4] Alain Smette es el Científico del Instrumento CRIRES.

VLT de ESO en Paranal, Chile.

© ESO

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Artículo original: ESO Press Release 27/08.
Título: “MIND THE GAP”
Fecha: Septiembre 08, 2008
Enlace con el artículo original: aquí

Vía: El atril orador