El blog de Antares

SPHERE, un instrumento buscador de planetas instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO, ha captado la primera imagen confirmada de un planeta formándose en el polvoriento disco que rodea a una estrella joven. El joven planeta está haciéndose camino a través del disco primordial de gas y polvo que rodea a la joven estrella PDS 70. Los datos sugieren que la atmósfera del planeta es nubosa.

Un equipo de astrónomos, liderado por un grupo del Instituto Max Planck de Astronomía, en Heidelberg (Alemania), ha captado una espectacular instantánea de formación planetaria alrededor de la joven estrella enana PDS 70. Utilizando el instrumento SPHERE, instalado en el VLT (Very Large Telescope) de ESO —uno de los instrumentos de búsqueda de planetas más potente del momento—, el equipo internacional ha realizado la primera detección firme de un planeta joven, llamado PDS 70b, hendiendo un camino a través del material que rodea a la joven estrella (y a partir del cual se forman planetas) [1]. 

El instrumento SPHERE también permitió al equipo medir el brillo del planeta en diferentes longitudes de onda, lo que, a su vez, permite deducir las propiedades de su atmósfera.

El planeta destaca claramente en las nuevas observaciones, visible como un punto brillante a la derecha del centro ennegrecido de la imagen. Se encuentra aproximadamente a 3.000 millones de kilómetros de la estrella central, lo cual equivale a la distancia entre Urano y el Sol. El análisis muestra que PDS 70b es un planeta gaseoso gigante con una masa unas cuantas veces la de Júpiter. La superficie del planeta tiene una temperatura de aproximadamente 1000° C, mucho más caliente que cualquier planeta de nuestro Sistema Solar.

La región oscura en el centro de la imagen se debe al uso de un coronógrafo, una máscara que bloquea la luz cegadora de la estrella central y permite a los astrónomos detectar a sus compañeros planetarios del disco, mucho más tenues. Sin esta máscara, la débil luz del planeta sería totalmente superada por el intenso brillo de PDS 70.

“Estos discos alrededor de estrellas jóvenes son los lugares en los que nacen los planetas, pero hasta ahora sólo un puñado de observaciones han detectado indicios de planetas bebé en ellos”, explica Miriam Keppler, que lidera el equipo detrás del descubrimiento del planeta PDS 70, aún en formación. “El problema es que, hasta ahora, la mayoría de estos candidatos a planeta podrían ser solo fenómenos en el disco”.

El descubrimiento del joven compañero de PDS 70 es un emocionante resultado científico que ya ha merecido una investigación más profunda. En los últimos meses, un segundo equipo, que implica a muchos de los astrónomos del equipo del descubrimiento, incluyendo a Keppler, ha seguido estudiando las observaciones iniciales para investigar al nuevo compañero planetario de PDS 70 con más detalle. No solo han obtenido la espectacular imagen del planeta que se muestra aquí, sino que fueron incluso capaces de obtener un espectro del planeta. El análisis de este espectro indicó que su atmósfera está turbia.

El compañero planetario de PDS 70 ha escavado un disco de transición (un disco protoplanetario con un gigantesco "hueco" en el centro). Estas brechas internas se conocen desde hace décadas y se ha especulado con que fueran fruto de la interacción entre el disco y el planeta. Ahora, por primera vez, podemos ver el planeta.

“Los resultados de Keppler ofrecen una nueva perspectiva sobre las primeras etapas de evolución planetaria, que son complejas y que no comprendemos del todo” comenta André Müller, líder del segundo equipo que investiga al joven planeta. “Necesitábamos observar un planeta en el disco de una estrella joven para comprender realmente los procesos de formación planetaria”. Determinando las propiedades atmosféricas y físicas del planeta, los astrónomos son capaces de probar modelos teóricos de formación planetaria.

Esta visión del nacimiento de un planeta bañado en polvo ha sido posible gracias a las impresionantes capacidades tecnológicas del instrumento SPHERE de ESO, que estudia exoplanetas y discos alrededor de estrellas cercanas utilizando una técnica conocida como imagen de alto contraste, todo un reto. Incluso bloqueando la luz de una estrella con un coronógrafo, SPHERE debe aplicar estrategias de observación concebidas de un modo inteligente y técnicas de procesamiento de datos para filtrar la señal de los débiles compañeros planetarios alrededor de estrellas jóvenes brillantes [2] en múltiples longitudes de onda y en diferentes épocas.

Thomas Henning, director del Instituto Max Planck de Astronomía y líder de los equipos, resume la aventura científica: “Después de más de una década de enormes esfuerzos para construir esta máquina de alta tecnología, ¡ahora SPHERE nos permite recoger lo sembrado con el descubrimiento de planetas bebé!”. 

Notas

Aprovechando las capacidades del VST (Telescopio de rastreo del VLT), instalado en el Observatorio Paranal de ESO (Chile), los astrónomos han captado esta nueva imagen, muy detallada, de la nebulosa de la Tarántula junto con numerosas nebulosas y cúmulos de estrellas vecinos. La Tarántula, también conocida como 30 Doradus, es la región de formación estelar más brillante y más energética del Grupo Local de galaxias.

La nebulosa de la Tarántula, en la parte superior de esta imagen, se extiende a lo largo de más de 1000 años luz y se encuentra en la constelación de Dorado (el delfín) en el extremo sur cielo. Esta impresionante nebulosa es parte de la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana con un tamaño de cerca de 14 000 años luz. La Gran Nube de Magallanes es una de las galaxias más cercanas a la Vía Láctea.

En el centro de la nebulosa de la Tarántula se encuentra un gigantesco y joven cúmulo estelar llamado NGC 2070, una región de estallidos de formación estelar cuyo denso núcleo, R136, contiene algunas de las estrellas más masivas y luminosas conocidas. El primero en registrar el brillante resplandor de la nebulosa de la Tarántula fue el astrónomo francés Nicolas Louis de Lacaille, en 1751.

Otro cúmulo estelar en la nebulosa de la Tarántula, mucho más antiguo, es Hodge 301, en el que se estima que, al menos 40 estrellas, han estallado como supernovas, expandiendo gas en toda la región. Un ejemplo de remanente de supernova es la superburbuja SNR N157B, que incluye el cúmulo estelar abierto NGC 2060. El primero en observar este cúmulo fue el astrónomo británico John Herschel, en 1836, quien utilizó un telescopio reflector de 18,6 pulgadas en el cabo de Buena Esperanza, en Sudáfrica. En las afueras de la nebulosa de la Tarántula, en la parte inferior derecha, es posible identificar la ubicación de la famosa supernova SN 1987A [1].

A la izquierda de la nebulosa de la Tarántula se puede ver un brillante cúmulo estelar abierto, llamado NGC 2100, que muestra una brillante concentración de estrellas azules rodeadas de estrellas rojas. Este cúmulo fue descubierto en 1826 por el astrónomo escocés James Dunlop mientras trabajaba en Australia y utilizó un telescopio reflector de 9 pulgadas (23 centímetros) que él mismo había construido.

En el centro de la imagen se encuentra el cúmulo estelar y nebulosa de emisión NGC 2074, otra región de formación de estrellas masivas descubierta por John Herschel. Echando un vistazo más de cerca podemos distinguir una estructura de polvo oscuro en forma de caballito de mar, el "Caballito de mar de la Gran Nube de Magallanes". Se trata de una gigantesca estructura en forma de pilar con una longitud de aproximadamente 20 años luz —casi cuatro veces la distancia entre el Sol y la estrella más cercana, Alfa Centauri—. La estructura está condenada a desaparecer en el próximo millón de años: a medida que siguen formándose estrellas en el cúmulo, la luz y los vientos que estas emiten eliminarán lentamente los pilares de polvo.

Esta imagen ha sido obtenida gracias a la cámara de 256 megapíxeles OmegaCAM, especialmente diseñada para el VST. La imagen se ha creado a partir de imágenes de OmegaCAM obtenidas con cuatro filtros coloreadas diferentes, incluyendo uno diseñado para aislar el brillo rojo del hidrógeno ionizado [2]. 

Notas

[1] SN 1987A fue la primera supernova observada con telescopios modernos y la más brillantes desde la estrella de Kepler en 1604. SN 1987A fue tan intensa que, tras su descubrimiento el 23 de febrero de 1987, ardió con la potencia de 100 millones de soles durante varios meses.

[2] La línea de emisión H-alfa es una línea espectral roja que se crea cuando el electrón del interior de un átomo de hidrógeno pierde energía. Esto sucede en el hidrógeno que se encuentra alrededor de estrellas jóvenes calientes cuando el gas se ioniza por la intensa radiación ultravioleta y, posteriormente, los electrones se recombinan con los protones para formar átomos de nuevo. La capacidad de OmegaCAM para detectar esta línea permite a los astrónomos caracterizar la física de nubes moleculares gigantes donde se forman nuevas estrellas y planetas.

Las incubadoras estelares son lugares nubosos y polvorientos, muy brillantes al infrarrojo, y el complejo G305 no es una excepción. Presenta una serie de intrincadas y brillantes nubes de gas, calentadas por las estrellas que se gestan en su interior. En esta espectacular imagen del observatorio espacial Herschel de la ESA, estos puntos calientes de formación estelar destacan en una tonalidad azul que contrasta con el rojizo de las regiones más frías.

Aunque en la escena aparecen varios lugares donde se forman estrellas, lo más llamativos son los que rodean el área oscura en forma de corazón situada en la parte superior derecha de la imagen. En el centro de esa región se hallan escondidos la estrella masiva WR48a y sus dos vecinos, los cúmulos estelares Danks 1 y 2. Los tres desempeñan un papel importante en el nacimiento de nuevas estrellas, pese a que ellos mismos, con unos pocos millones de años de edad, son objetos relativamente jóvenes (por comparar, el Sol tiene unos 4.600 millones de años).

Los fuertes vientos y la radiación de WR48a, así como las estrellas de gran masa de los dos cúmulos, han empujado los restos de gas de la nube en la que se formaron. Este gas, acumulado en los bordes de la burbuja en forma de corazón, ahora está dando lugar a nuevas estrellas.

Gracias a Herschel, los astrónomos han identificado en esta incubadora 16 lugares de formación de estrellas de gran masa. La región es uno de los complejos más brillantes y repletos de formación estelar de la Vía Láctea, por lo que constituye el lugar idóneo para observar y estudiar estrellas masivas en distintas etapas de formación y evolución.

El complejo G305 se encuentra a unos 12.000 años luz y debe su nombre a su ubicación, a 305º de longitud en el plano de nuestra Galaxia. En el cielo nocturno, aparece cerca de la nebulosa Saco de carbón, una gran nube interestelar de polvo visible al ojo desnudo y situada en la constelación de Crux, la Cruz del Sur. Saco de carbón es una nebulosa oscura muy prominente, que destaca en los cielos meridionales como si fuera una mancha negra sobre el fondo estrellado de la Vía Láctea.

Esta imagen, obtenida como parte de Hi-GAL (el estudio del Plano Galáctico realizado por Herschel en el infrarrojo lejano), combina observaciones a tres longitudes de onda: 70 micras (azul), 160 micras (verde) y 250 micras (rojo).

Lanzado en 2009, Herschel permaneció operativo cuatro años, realizando observaciones a longitudes de onda submilimétricas y del infrarrojo lejano. Este rango espectral permitió observar el brillo del polvo en las nubes de gas donde se originan las estrellas para investigar este proceso y estudiar su evolución temprana.

El observatorio espacial Herschel de la ESA ha descubierto un extraño fenómeno en relación con la muerte de una estrella: una emisión láser poco común, procedente de la espectacular nebulosa de la Hormiga, que sugiere la presencia de un sistema biestelar oculto en su interior.

Cuando las estrellas de masa baja a media, como nuestro Sol, llegan al final de su vida terminan por convertirse en densas enanas blancas. Durante este proceso, expulsan al espacio sus capas externas de gas y polvo, creando un caleidoscopio de intrincadas figuras que se conoce como nebulosa planetaria.

Las observaciones en el infrarrojo de Herschel han mostrado que la muerte de la estrella central en el núcleo de la nebulosa es aún más espectacular de lo que implicaban las imágenes en luz visible (como las tomadas por el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA). Los nuevos datos revelan que la nebulosa produce también una intensa emisión láser en su núcleo.

Mientras que, en el día a día, los láseres nos permiten disfrutar de efectos visuales en conciertos de música, las emisiones en el espacio se detectan a distintas longitudes de onda y en determinadas circunstancias. De hecho, solo se conocen unos pocos de esos láseres infrarrojos espaciales.

Da la casualidad de que el astrónomo Donald Menzel, que fue el primero en observar y clasificar esta nebulosa planetaria en los años veinte del siglo pasado (por eso se denomina oficialmente Menzel 3), también fue uno de los primeros en sugerir que, en ciertas condiciones, la ‘amplificación de luz por emisión estimulada de radiación’ (o ‘Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation’, que dio lugar al acrónimo ‘láser’) podía tener lugar en nebulosas de gas. Esto sucedió mucho antes del descubrimiento y el primer uso del láser en laboratorio (1960), motivo por el que el 16 de mayo se celebra en todo el mundo el Día Internacional de la Luz.

“Cuando observamos a Menzel 3, vemos una asombrosa filigrana formada por gas ionizado, pero no podemos ver el objeto que, en su centro, produce esa estructura”, explica Isabel Aleman, autora principal de un artículo que describe los nuevos resultados.

“Gracias a la sensibilidad y al amplio alcance de longitud de onda del observatorio espacial Herschel, pudimos detectar un tipo de emisión muy poco común, denominado ‘emisión láser de línea de recombinación de hidrógeno’, que nos proporcionó una forma de desvelar la estructura y las condiciones físicas de la nebulosa”.

Este tipo de emisión láser precisa de un gas muy denso cerca de la estrella. Al comparar las observaciones con modelos, se vio que la densidad del gas emisor del láser es unas diez mil veces mayor que la del gas que se halla en nebulosas planetarias típicas y en los lóbulos de la propia nebulosa de la Hormiga.

Normalmente, la región cercana a la estrella muerta (y, en este caso, entendemos por ‘cercana’ una distancia similar a la que hay de Saturno al Sol) está vacía, ya que la mayoría de su material se expulsa al exterior. El gas que pudiera quedar no tardaría en volver a caer hacia ella.

“La única forma de que el gas se mantenga cerca de la estrella es si orbita a su alrededor en un disco —señala Albert Zijlstra, coautor del estudio—. En este caso, lo que hemos observado es un disco denso situado en pleno centro que se ve aproximadamente de lado. Esta orientación ayuda a amplificar la señal láser. El disco sugiere que la enana blanca tiene una compañera binaria, ya que es difícil que el gas acceda a la órbita a menos que una estrella compañera lo desvíe en la dirección adecuada”.

Los astrónomos aún no han visto la esperada segunda estrella, pero creen que la masa de la compañera moribunda se está expulsando para ser después capturada por la estrella central compacta de la nebulosa planetaria original, dando lugar al disco en el que se produce la emisión láser.

“Estábamos utilizando el telescopio Herschel para caracterizar distintos componentes del gas y polvo en nebulosas alrededor de estrellas antiguas, pero no buscábamos fenómenos láser en sí —añade Toshiya Ueta, investigador principal del proyecto Herschel Planetary Nebula Survey—. Hasta ahora, solo se ha identificado una emisión así en un puñado de objetos; fue un descubrimiento importante e inesperado. ¡Parece que las nebulosas estelares son mucho más de lo que aparentan!”

“Este estudio sugiere que la llamativa nebulosa de la Hormiga, tal y como la vemos hoy en día, se generó a partir de un sistema estelar binario, lo que ha influido en su forma, en sus propiedades químicas y en su evolución en estas últimas etapas de su vida”, indica Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel de la ESA.

“Herschel ofrecía las capacidades de observación perfectas para detectar este extraordinario láser en la nebulosa de la Hormiga. Los hallazgos ayudarán a delimitar las condiciones en que se produce este fenómeno y nos permitirán redefinir nuestros modelos de evolución estelar. Y que la misión Herschel se haya podido vincular con los dos descubrimientos de Menzel de hace casi un siglo es el final perfecto”.