Solucionado el eterno misterio de la formación planetaria gracias a nuevas observaciones de una “trampa de polvo” en torno a una joven estrella
Utilizando el nuevo conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) un equipo de astrónomos ha conseguido obtener una imagen de la región que rodea a una joven estrella en la que las partículas de polvo pueden crecer por acumulación. Es la primera vez que este tipo de trampa de polvo ha sido modelada y observada claramente. Soluciona el eterno misterio sobre cómo las partículas de polvo en los discos crecen, alcanzando tamaños mayores, de manera que, finalmente, pueden formar cometas, planetas y otros cuerpos rocosos. Los resultados se han publicado en la revista Science el 7 de junio de 2013.
Este mapa muestra la gran constelación de Ophiuchus (El Portador de la Serpiente). Las estrellas que pueden verse a ojo en una noche clara están marcadas. La ubicación del sistema Oph-IRS 48 se indica con un círculo rojo.
Los astrónomos saben que hay numerosos planetas alrededor de otras estrellas. Pero no terminan de comprender del todo cómo se forman y hay muchos aspectos de la formación de los cometas, planetas y otros cuerpos rocosos que siguen siendo un misterio. Sin embargo, utilizando el gran potencial de ALMA, se han llevado a cabo nuevas observaciones que ahora ofrecen respuestas a las grandes preguntas: ¿cómo pueden los diminutos granos de polvo del disco que rodea a estrellas jóvenes crecer y hacerse cada vez más grandes hasta, finalmente, convertirse en escombros, e incluso en rocas que bien pueden superar el metro de tamaño?
Los modelos informáticos sugieren que los granos de polvo crecen tras chocar y quedarse pegados. Sin embargo, cuando estos granos de mayor tamaño chocan de nuevo a grandes velocidades, por lo general se rompen en pedazos y vuelven a su situación anterior. Incluso cuando esto no ocurre, los modelos muestran que los granos de mayor tamaño se moverían rápidamente hacia el interior debido a la fricción entre el polvo y el gas y caerían sobre su estrella anfitriona, sin darles la oportunidad de seguir creciendo.
Imagen con anotaciones obtenida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en la que se muestra la trampa de polvo en el disco que rodea al sistema Oph-IRS 48. La trampa de polvo proporciona un refugio para las pequeñas partículas del disco, permitiendo que se agrupen y crezcan hasta alcanzar tamaños que les permitan sobrevivir por sí solas. La región verde es la trampa de polvo, donde se acumulan las partículas de mayor tamaño. En la esquina superior izquierda se muestra el tamaño de la órbita de Neptuno para estimar la escala.
Los modelos informáticos sugieren que los granos de polvo crecen tras chocar y quedarse pegados. Sin embargo, cuando estos granos de mayor tamaño chocan de nuevo a grandes velocidades, por lo general se rompen en pedazos y vuelven a su situación anterior. Incluso cuando esto no ocurre, los modelos muestran que los granos de mayor tamaño se moverían rápidamente hacia el interior debido a la fricción entre el polvo y el gas y caerían sobre su estrella anfitriona, sin darles la oportunidad de seguir creciendo.
Imagen con anotaciones obtenida por ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) en la que se muestra la trampa de polvo en el disco que rodea al sistema Oph-IRS 48. La trampa de polvo proporciona un refugio para las pequeñas partículas del disco, permitiendo que se agrupen y crezcan hasta alcanzar tamaños que les permitan sobrevivir por sí solas. La región verde es la trampa de polvo, donde se acumulan las partículas de mayor tamaño. En la esquina superior izquierda se muestra el tamaño de la órbita de Neptuno para estimar la escala.
De algún modo, el polvo necesita un refugio seguro en el que las partículas puedan seguir crecienco hasta que sean lo suficientemente grades como para sobrevivir por sí solas [1]. Ya se había porpuesto antes la existencia de estas “trampas de polvo”, pero hasta el momento no había pruebas observacionales.
Nienke van der Marel (estudiante de doctorado de la Universidad de Leiden, en los Países Bajos, y autora principal del artículo), junto con sus colaboradores, utilizó ALMA para estudiar el disco en un sistema llamado Oph-IRS 48 [2]. Descubrieron que la estrella estaba circundada por un anillo de gas con un hueco central, probablemente creado por un planeta no visto o una estrella compañera. Observaciones anteriores realizadas con el telescopio VLT (Very Large Telescope) de ESO ya habían mostrado que las pequeñas partículas de polvo también formaban una estructura de anillo similar. Pero la nueva visión de ALMA del lugar en el que se encontraron partículas de polvo mayores que un milímetro ¡era muy diferente!
“De entrada, la forma del polvo en la imagen fue una completa sorpresa”, afirma van der Marel. “En lugar del anillo que esperábamos ver, ¡descubrimos algo que claramente tenía forma de anacardo! Tuvimos que convencernos a nosotros mismos de que esa forma era real, pero la fuerte señal y la claridad de las observaciones de ALMA no dejaban lugar a dudas en cuanto a la estructura. Entonces nos dimos cuenta de lo que habíamos descubierto”.
Lo que se ha descubierto es una región en la que los granos de polvo de mayor tamaño han sido atrapados y han podido crecer mucho más al chocar y quedarse pegados. Era una trampa de polvo — justo lo que andaban buscando los teóricos.
Tal y como explica van der Marel: “Es probable que estemos observando una especie de factoría de cometas, ya que las condiciones son las adecuadas para que las partículas crezcan desde un tamaño milimétrico hasta un tamaño cometario. No es probable que el polvo forme planetas a esa distancia de la estrella. Pero en un futuro no muy lejano ALMA podrá observar esas trampas de polvo más cerca de la estrella anfitriona, en las que están en funcionamiento los mismos mecanismos. Este tipo de trampas de polvo sí serían la cuna de planetas recién nacidos”.
La trampa de polvo se forma a medida que partículas de polvo de mayor tamaño se mueven hacia regiones de mayor presión. Los modelos informáticos muestran que estas regiones de alta presión pueden originarse a partir de movimientos del gas situado al extremo de un agujero de gas — justo como el que se ha encontrado en este disco.
“La combinación de los trabajos de modelado junto con las observaciones de alta calidad de ALMA hacen de este un proyecto único”, afirma Cornelis Dullemond, del Instituto de Teoría Astrofísica, en Heidelberg (Alemania), experto en evolución del polvo y modelado de discos y miembro del equipo. “Cuando se llevaron a cabo estas observaciones estábamos trabajando en modelos que predecían exactamente este tipo de estructuras: una afortunada coincidencia”.
Este vídeo hace un zoom, acercándose al sistema Oph-IRS 48 en el que, por primera vez, se ha podido observar una trampa de polvo, un entorno que permite a las partículas de polvo crecer y engendrar cuerpos de mayor tamaño.
Las observaciones se llevaron a cabo cuando el conjunto ALMA aún estaba en construcción. Utilizaron los receptores de banda 9 de ALMA [3] — unos dispositivos fabricados en Europa que permiten a ALMA crear las imágenes más nítidas que se han obtenido hasta el momento.
“Estas observaciones demuestran que ALMA es capaz de proporcionar ciencia revolucionaria, incluso con menos de la mitad de las antenas en uso”, afirma Ewine van Dishoeck, del Observatorio de Leiden, que ha sido uno de los principales colaboradores del proyecto ALMA durante más de 20 años. “El increíble salto, tanto en sensibilidad como en nitidez, de las imágenes obtenidas en la banda 9, nos ofrece la oportunidad de estudiar aspectos básicos de la formación planetaria de maneras que, sencillamente, antes no eran posibles”.
Esta representación artística muestra el comportamiento de partículas de diferentes tamaños en el disco de polvo que rodea al sistema Oph-IRS 48. Las partículas más grandes, de unos milímetros de diámetro, tienden a unirse en un refugio seguro que les permite crecer aún más, formando finalmente rocas y, después, cometas.
Notas
[1] El origen de la trampa de polvo, en este caso un vórtice en el gas del disco, tiene periodos de vida de cientos de miles de años. Incluso cuando la trampa de polvo deja de actuar, el polvo acumulado en la trampa tardaría millones de años en dispersarse, proporcionando mucho tiempo a los granos de polvo para crecer.
[2] El nombre es una combinación del nombre de la constelación de la región de formación estelar en la que se encuentra el sistema y del tipo de fuente, siendo Oph asignado por la constelación de Ophiuchus (El Portador de la Serpiente), mientras que IRS se asigna por la fuente infrarroja. La distancia que separa a la Tierra de Oph-IRS 48 es de unos 400 años luz.
[3] ALMA puede observar en diferentes bandas de frecuencia. La banda 9, que opera en longitudes de onda de entre 0,4 y 0,5 milímetros, es el modo que proporciona, con diferencia, las imágenes más nítidas.
AMPLIACION
La ‘trampa de polvo’ de una estrella revela cómo se pueden formar los planetas
La cubierta de polvo que orbita a la jóven estrella Oph-IRS 48 puede ayudar a explicar el eterno misterio de la formación planetaria, según el estudio que cientificos europeos publican esta semana en la revista Science. De momento, lo que ya parece observarse es una factoría de cometas, de acuerdo a los datos facilitados por la red de telescopios ALMA, en Chile.
El conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) han permitido a un equipo de astrónomos obtener una imagen de la región que rodea a una joven estrella en la que las partículas de polvo pueden crecer por acumulación. Los detalles se publican en Science.
Se trata de la primera vez que este tipo de 'trampa de polvo' ha sido modelada y observada claramente, lo que supone un avance para resolver el eterno misterio sobre cómo las partículas de polvo en los discos crecen, alcanzando tamaños mayores, de manera que, al final, pueden formar cometas, planetas y otros cuerpos rocosos.
La nuevas observaciones ofrecen respuestas a las grandes preguntas: ¿Cómo pueden los diminutos granos de polvo del disco que rodea a estrellas jóvenes crecer y hacerse cada vez más grandes hasta, finalmente, convertirse en escombros, e incluso en rocas que bien pueden superar el metro de tamaño?
Los modelos informáticos sugieren que los granos de polvo crecen tras chocar y quedarse pegados. Sin embargo, cuando estos granos de mayor tamaño chocan de nuevo a grandes velocidades, por lo general se rompen en pedazos y vuelven a su situación anterior.
Incluso cuando esto no ocurre, los modelos muestran que los granos de mayor tamaño se moverían rápidamente hacia el interior debido a la fricción entre el polvo y el gas y caerían sobre su estrella anfitriona, sin darles la oportunidad de seguir creciendo. De algún modo, el polvo necesita un refugio seguro en el que las partículas puedan seguir crecienco hasta que sean lo suficientemente grades como para sobrevivir por sí solas.
Ya se había propuesto antes la existencia de estas ‘trampas de polvo’, pero hasta el momento no había pruebas observacionales. Ahora, Nienke van der Marel, un estudiante de doctorado de la Universidad de Leiden (Países Bajos) y autora principal del artículo, junto con sus colaboradores, usó ALMA para estudiar el disco en este sistema, denominado Oph-IRS 48.
Descubrieron que la estrella estaba circundada por un anillo de gas con un hueco central, probablemente creado por un planeta no visto o una estrella compañera. Observaciones anteriores realizadas con el telescopio Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) ya habían mostrado que las pequeñas partículas de polvo también formaban una estructura de anillo similar.
Pero las nuevas observaciones del lugar en el que se encontraron partículas de polvo mayores que un milímetro era muy diferente: “De entrada, la forma del polvo en la imagen fue una completa sorpresa”, afirma van der Marel.
“En lugar del anillo que esperábamos ver –continúa–, descubrimos algo que claramente tenía forma de anacardo. Tuvimos que convencernos a nosotros mismos de que esa forma era real, pero la fuerte y clara señal no dejaban lugar a dudas en cuanto a la estructura”.
Lo que se ha descubierto es una región en la que los granos de polvo de mayor tamaño han sido atrapados y han podido crecer mucho más al chocar y quedarse pegados. Era una trampa de polvo, justo lo que andaban buscando los teóricos.
Tal y como explica van der Marel: “Es probable que estemos observando una especie de factoría de cometas, ya que las condiciones son las adecuadas para que las partículas crezcan desde un tamaño milimétrico hasta un tamaño cometario. No es probable que el polvo forme planetas a esa distancia de la estrella. Pero en un futuro no muy lejano ALMA podrá observar esas trampas de polvo más cerca de la estrella anfitriona, en las que están en funcionamiento los mismos mecanismos. Este tipo de trampas de polvo sí serían la cuna de planetas recién nacidos”.
La trampa de polvo se forma a medida que partículas de polvo de mayor tamaño se mueven hacia regiones de mayor presión. Los modelos informáticos muestran que estas regiones de alta presión pueden originarse a partir de movimientos del gas situado al extremo de un agujero de gas, como el que se ha encontrado en este disco.
Una afortunada coincidencia
“La combinación de los trabajos de modelado junto con las observaciones de alta calidad de ALMA hacen de este un proyecto único”, afirma Cornelis Dullemond, del Instituto de Teoría Astrofísica, en Heidelberg (Alemania), experto en evolución del polvo y modelado de discos y miembro del equipo. “Cuando se llevaron a cabo estas observaciones estábamos trabajando en modelos que predecían exactamente este tipo de estructuras: una afortunada coincidencia”.
Las observaciones se efectuaron cuando el conjunto ALMA aún estaba en construcción. Utilizaron sus receptores de banda 9, unos dispositivos fabricados en Europa que permiten crear las imágenes más nítidas que se han obtenido hasta el momento.
“Estas observaciones demuestran que estos telescopios son capaces de proporcionar ciencia revolucionaria, incluso con menos de la mitad de las antenas en uso”, afirma Ewine van Dishoeck, del Observatorio de Leiden, que ha sido uno de los principales colaboradores de ALMA durante más de 20 años.
El conjunto de telescopios ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) han permitido a un equipo de astrónomos obtener una imagen de la región que rodea a una joven estrella en la que las partículas de polvo pueden crecer por acumulación. Los detalles se publican en Science.
Se trata de la primera vez que este tipo de 'trampa de polvo' ha sido modelada y observada claramente, lo que supone un avance para resolver el eterno misterio sobre cómo las partículas de polvo en los discos crecen, alcanzando tamaños mayores, de manera que, al final, pueden formar cometas, planetas y otros cuerpos rocosos.
La nuevas observaciones ofrecen respuestas a las grandes preguntas: ¿Cómo pueden los diminutos granos de polvo del disco que rodea a estrellas jóvenes crecer y hacerse cada vez más grandes hasta, finalmente, convertirse en escombros, e incluso en rocas que bien pueden superar el metro de tamaño?
Los modelos informáticos sugieren que los granos de polvo crecen tras chocar y quedarse pegados. Sin embargo, cuando estos granos de mayor tamaño chocan de nuevo a grandes velocidades, por lo general se rompen en pedazos y vuelven a su situación anterior.
Incluso cuando esto no ocurre, los modelos muestran que los granos de mayor tamaño se moverían rápidamente hacia el interior debido a la fricción entre el polvo y el gas y caerían sobre su estrella anfitriona, sin darles la oportunidad de seguir creciendo. De algún modo, el polvo necesita un refugio seguro en el que las partículas puedan seguir crecienco hasta que sean lo suficientemente grades como para sobrevivir por sí solas.
Ya se había propuesto antes la existencia de estas ‘trampas de polvo’, pero hasta el momento no había pruebas observacionales. Ahora, Nienke van der Marel, un estudiante de doctorado de la Universidad de Leiden (Países Bajos) y autora principal del artículo, junto con sus colaboradores, usó ALMA para estudiar el disco en este sistema, denominado Oph-IRS 48.
Es probable que se haya observado una factoría de cometas, pero en el futuro podrían ser planetas
Descubrieron que la estrella estaba circundada por un anillo de gas con un hueco central, probablemente creado por un planeta no visto o una estrella compañera. Observaciones anteriores realizadas con el telescopio Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) ya habían mostrado que las pequeñas partículas de polvo también formaban una estructura de anillo similar.
Pero las nuevas observaciones del lugar en el que se encontraron partículas de polvo mayores que un milímetro era muy diferente: “De entrada, la forma del polvo en la imagen fue una completa sorpresa”, afirma van der Marel.
“En lugar del anillo que esperábamos ver –continúa–, descubrimos algo que claramente tenía forma de anacardo. Tuvimos que convencernos a nosotros mismos de que esa forma era real, pero la fuerte y clara señal no dejaban lugar a dudas en cuanto a la estructura”.
Lo que se ha descubierto es una región en la que los granos de polvo de mayor tamaño han sido atrapados y han podido crecer mucho más al chocar y quedarse pegados. Era una trampa de polvo, justo lo que andaban buscando los teóricos.
Tal y como explica van der Marel: “Es probable que estemos observando una especie de factoría de cometas, ya que las condiciones son las adecuadas para que las partículas crezcan desde un tamaño milimétrico hasta un tamaño cometario. No es probable que el polvo forme planetas a esa distancia de la estrella. Pero en un futuro no muy lejano ALMA podrá observar esas trampas de polvo más cerca de la estrella anfitriona, en las que están en funcionamiento los mismos mecanismos. Este tipo de trampas de polvo sí serían la cuna de planetas recién nacidos”.
La trampa de polvo se forma a medida que partículas de polvo de mayor tamaño se mueven hacia regiones de mayor presión. Los modelos informáticos muestran que estas regiones de alta presión pueden originarse a partir de movimientos del gas situado al extremo de un agujero de gas, como el que se ha encontrado en este disco.
Una afortunada coincidencia
“La combinación de los trabajos de modelado junto con las observaciones de alta calidad de ALMA hacen de este un proyecto único”, afirma Cornelis Dullemond, del Instituto de Teoría Astrofísica, en Heidelberg (Alemania), experto en evolución del polvo y modelado de discos y miembro del equipo. “Cuando se llevaron a cabo estas observaciones estábamos trabajando en modelos que predecían exactamente este tipo de estructuras: una afortunada coincidencia”.
Las observaciones se efectuaron cuando el conjunto ALMA aún estaba en construcción. Utilizaron sus receptores de banda 9, unos dispositivos fabricados en Europa que permiten crear las imágenes más nítidas que se han obtenido hasta el momento.
“Estas observaciones demuestran que estos telescopios son capaces de proporcionar ciencia revolucionaria, incluso con menos de la mitad de las antenas en uso”, afirma Ewine van Dishoeck, del Observatorio de Leiden, que ha sido uno de los principales colaboradores de ALMA durante más de 20 años.
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