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Cuando se trata de observar discos protoplanetarios, el
Atacama Large Millimetre/sub-millimetre Array (ALMA)
es probablemente el campeón. ALMA fue el primer telescopio en observar el
interior de los casi inescrutables discos protoplanetarios que rodean a las
estrellas jóvenes y en observar la formación de planetas. ALMA hizo avanzar
nuestra comprensión del proceso de formación de planetas, aunque nuestro
conocimiento de todo el proceso aún está en pañales.
Según las
nuevas observaciones, parece que el caos y el desorden forman parte del
proceso. Los astrónomos que utilizan ALMA han observado cómo una estrella se
acerca demasiado a uno de estos discos de formación de planetas, arrancando un
trozo y distorsionando la forma del disco.
¿Qué efecto tendrá esto en la formación de planetas?
Un equipo de investigadores dirigido por Ruobing Dong, astrónomo de la
Universidad de Victoria (Canadá), hizo el descubrimiento. Su artículo
publicado su trabajo en la revista
Nature Astronomy.
Los astrónomos saben que cuando se forma una estrella, el
material sobrante reside en un disco alrededor de la estrella llamado disco
protoplanetario. Los planetas se forman a partir de ese material. Sabemos que
se forman por acreción, pero hay muchas preguntas sobre cómo ocurre
exactamente.
ALMA fue el primero en observar este proceso en
detalle. En 2014, los astrónomos que utilizaron ALMA obtuvieron imágenes del
disco que rodea a la joven estrella HL-Tauri con más detalle que nunca. La
imagen mostró huecos en el disco, que los científicos interpretaron como
"carriles" donde se están formando planetas, barriendo gas y polvo y dejando
un hueco en el proceso.
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Esta es la imagen más nítida jamás tomada por ALMA hasta 2014, más
nítida que la que se consigue habitualmente en luz visible con el
telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. Muestra el disco
protoplanetario que rodea a la joven estrella HL Tauri. Estas nuevas
observaciones de ALMA revelan subestructuras dentro del disco que nunca
se habían visto antes e incluso muestran las posibles posiciones de los
planetas que se están formando en las manchas oscuras dentro del
sistema. Crédito de la imagen: ALMA |
ALMA sigue dedicando parte de su tiempo a observar los discos protoplanetarios. En este nuevo estudio, un equipo de investigadores utilizó
ALMA y el Very Large Array (VLA) para examinar el disco alrededor del sistema
estelar Z Canis Majoris (Z CMa). Descubrieron las consecuencias de la trayectoria de un intruso estelar a
través del disco de la estrella. El intruso no formaba parte de Z CMa, y su
trayectoria a través del sistema dejó una huella. Deformó la estructura del
disco de Z CMa y creó una corriente de gas y polvo alargada.
Z CMa
es un grupo de estrellas de pre-secuencia principal situado a unos 3.750 años
luz de distancia en la constelación de Canis Major. Los astrónomos pensaban
que Z CMa era una pareja binaria, pero este estudio ha identificado otras dos
estrellas probables en el sistema. Las estrellas de Z CMa son jóvenes, solo
tienen unos 300.000 años. A esa edad, aún no se han formado planetas. Las
estrellas están todavía en su fase de creación de masa.
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Estas imágenes del estudio muestran el sistema Z CMa visto a través de
diferentes telescopios y en diferentes longitudes de onda. La pareja
binaria principal está en el centro, y la serpentina es visible,
extendiéndose hacia abajo y hacia la derecha. La serpentina de gas y
polvo tiene una longitud de unas 2000 UA. Crédito de la imagen: Dong et
al. 2022. |
"Lo que hemos hecho (...) equivale a captar el impacto de un rayo en un árbol".
Ruobing Dong, investigador principal del estudio, Universidad de Victoria.
Los astrónomos saben más de estos sobrevuelos estelares por las simulaciones que por las observaciones. Los investigadores solo han observado algunos de ellos porque son difíciles de ver. Según el autor principal, Dong, es como tratar de ver cómo un rayo cae en un árbol.
"La evidencia observacional de los eventos de flyby es difícil de obtener porque estos eventos ocurren rápidamente, y es difícil capturarlos en acción. Lo que hemos hecho con nuestras observaciones en la banda 6 de ALMA y en el VLA equivale a captar un rayo que cae sobre un árbol", afirma Ruobing Dong, astrónomo de la Universidad de Victoria (Canadá) e investigador principal del nuevo estudio. "Este descubrimiento demuestra que los encuentros cercanos entre estrellas jóvenes que albergan discos ocurren en la vida real, y no son solo situaciones teóricas vistas en simulaciones por ordenador". Los estudios observacionales anteriores habían visto los encuentros, pero no habían sido capaces de recoger la evidencia completa que pudimos obtener del evento en Z CMa".
"El origen de la serpentina ha sido un viejo enigma".
De "A likely flyby of binary protostar Z CMa caught in action", por Dong et al 2022.
No es la primera vez que los astrónomos observan la corriente y se
preguntan por ella. "El origen de la corriente ha sido un rompecabezas durante
mucho tiempo", señalan los autores en su artículo. Según las hipótesis
anteriores, podría tratarse de la pared de una cavidad excavada por un flujo
molecular, de un brazo espiral creado por una inestabilidad gravitatoria o del
remanente de una nubecilla de baja masa capturada recientemente.
Pero
la identificación de una fuente puntual en el extremo de la serpentina es una
novedad.
Una "fuente puntual" es la jerga astronómica para referirse
a una posible estrella u otro objeto. En este caso, los investigadores
encontraron una fuente puntual (C) a unas 4700 unidades astronómicas de Z CMa.
La fuente se encuentra al final de la corriente de gas y polvo, que tiene una
longitud de unas 2000 UA. Interpretaron la fuente puntual como el intruso y la
corriente como el efecto. El equipo dice que la fuente puntual C aún no se ha
observado en el óptico o en el infrarrojo. Sus observaciones iniciales muestran
que probablemente se trate de un objeto de masa planetaria de un millón de años
de antigüedad o de un objeto estelar joven (YSO) de masa solar envuelto en gas y
polvo.
En el sistema Z CMa, el sobrevuelo perturbó los discos de dos
estrellas, que mostraron "...brotes de acreción, que pueden ser facilitados por
las perturbaciones del disco anfitrión por los sobrevuelos", escriben en su
artículo.
Las estrellas solitarias como nuestro Sol no son la norma.
La mayoría de las estrellas se encuentran en parejas binarias o incluso en
tripletes o cuadretes. En esos sistemas, las interrupciones del disco no son
raras. Pero con frecuencia son las estrellas compañeras las que perturban los
discos, no las intrusas. Esto hace que Z CMa destaque.
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| Esta es una imagen del telescopio Keck de Z CMa de 2005 que muestra la serpentina. El equipo interpretó la fuente puntual C, en el círculo blanco, como el intruso que creó la serpentina. Crédito de la imagen: Keck/ Dong et al. 2022. |
Hau-Yu Baobab Liu es astrónomo del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica de Taiwán y coautor del trabajo. En un comunicado de prensa, Liu dijo: "La mayoría de las veces, las estrellas no se forman de forma aislada. Las gemelas, o incluso las trillizas o cuatrillizas, que nacen juntas pueden ser atraídas gravitacionalmente y, como resultado, acercarse la una a la otra. Durante estos momentos, parte del material de los discos protoplanetarios de las estrellas puede desprenderse para formar extensas corrientes de gas que proporcionan pistas a los astrónomos sobre la historia de los encuentros estelares pasados".
Nuestro Sistema Solar ha experimentado sus propios eventos disruptivos. Que sepamos, no ha habido ningún choque estelar, pero sí otros acontecimientos que han dado forma a los planetas. La migración de Júpiter cambió el curso de los acontecimientos en nuestro sistema, y algo derribó a Urano. Una colisión entre la joven Tierra y un protoplaneta probablemente creó la Luna. Así que sabemos que los acontecimientos disruptivos dan forma a los sistemas solares. Pero estos acontecimientos en nuestro Sistema Solar tuvieron lugar más tarde, cuando los planetas ya estaban formados.
¿Qué significa un choque estelar para la formación de planetas en una fase tan temprana como la de Z CMa? ¿Cuáles son los efectos a largo plazo?
"En general, podríamos pensar en un sobrevuelo como una "sacudida" del sistema, ya que perturba la distribución del material en el disco, y puede haber tanto pros como contras en el desarrollo de los planetas".
Ruobing Dong, investigador principal del estudio, Universidad de Victoria.
Por el momento, esto está abierto a la especulación. En un intercambio de correos electrónicos con Universe Today, el autor principal, Dong, habló de algunas posibilidades. Adelantó sus comentarios diciendo que aún no sabemos mucho sobre los efectos.
"En general, podríamos pensar en un sobrevuelo como una "sacudida" del sistema, ya que perturba la distribución del material en el disco, y puede haber tanto pros como contras en el desarrollo del planeta", dijo Dong.
Dong hizo una analogía con la construcción de algo con bloques de madera. Si la estructura de bloques se golpea y se derriba, eso es malo. Pero, ¿y si no estamos construyendo algo con bloques de madera y, en cambio, estamos haciendo un revuelto? En ese caso, podría resultar un revuelto mejor.
"Así que supongo que en un disco protoplanetario, un acontecimiento de sobrevuelo puede hacer que el material se mezcle, es decir, que trozos de material podrían chocar entre sí después de un sobrevuelo, y no tendrían la oportunidad de encontrarse si el disco no hubiera sido perturbado. Esto podría ser bueno para la formación de objetos o su crecimiento hasta tamaños mayores".
Ese es solo un resultado potencial, explicó Dong. Pero si el joven sistema ya estaba formando planetesimales, podría destruir los planetas nacientes. "Por otro lado, si ya se han formado guijarros sueltos (u objetos más grandes), un evento de sobrevuelo podría hacer que colisionaran entre sí, y esas colisiones podrían destruir los objetos ya formados, en cuyo caso las perturbaciones no son tan buenas", dijo.
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| La línea de congelación es la división entre regiones de un sistema solar. En nuestro Sistema Solar, la línea de congelación está cerca del cinturón de asteroides. Dentro del cinturón hay planetas rocosos; fuera del cinturón hay gigantes gaseosos y enanos de hielo como Plutón. ¿Qué significaría un cambio en la línea de congelación? Crédito de la imagen: NASA. |
¿Cómo podrían afectar estos sobrevuelos a la propia estrella? En el sistema Z CMa, el intruso provocó estallidos de acreción. ¿Podrían los estallidos afectar a la línea de congelación del sistema solar? ¿Se desplazaría la línea de congelación hacia el exterior?
"Esto podría causar una serie de eventos ondulantes tanto en la química como en la física, tan complicados que no estoy seguro de que podamos clasificarlos simplemente como 'buenos' o 'malos' para la formación de planetas".
Ruobing Dong, investigador principal del estudio, Universidad de Victoria.
"Otro efecto independiente es que los eventos de sobrevuelo pueden hacer que la estrella central tenga estallidos, por lo que durante un período de tiempo, la estrella se vuelve mucho más brillante. En esos eventos, las líneas de hielo serían empujadas más lejos de la estrella. Los hielos podrían fundirse o evaporarse, y las gotas y moléculas podrían interactuar entre sí en el aire. Esto podría causar una serie de eventos ondulantes tanto en la química como en la física, tan complicados que no estoy seguro de que podamos clasificarlos simplemente como "buenos" o "malos" para la formación de planetas", dijo Dong.
Dong dijo que el estudio de la evolución y el crecimiento de los sistemas estelares jóvenes en toda la galaxia ayuda a los científicos a comprender mejor el origen de nuestro propio Sistema Solar. "El estudio de este tipo de acontecimientos ofrece una ventana al pasado, incluyendo lo que podría haber sucedido en el desarrollo temprano de nuestro propio Sistema Solar, cuya evidencia crítica ya ha desaparecido. Observar cómo se producen estos eventos en un sistema estelar en formación nos proporciona la información necesaria para decir: '¡Ah-ha! Esto es lo que puede haber ocurrido en nuestro propio Sistema Solar hace mucho tiempo'. En este momento, VLA y ALMA nos han dado las primeras pruebas para resolver este misterio, y las próximas generaciones de estas tecnologías abrirán ventanas al Universo que aún sólo hemos soñado".
No hay duda de que un sobrevuelo como éste afectaría al futuro del sistema. Pero cuáles son exactamente esos efectos es una cuestión abierta y que Dong quisiera abordar en futuros trabajos.
"Con todo, supongo que lo que podemos decir es que esperamos que los sobrevuelos tengan algunos impactos profundos en el desarrollo de los planetas, y el efecto exacto en un sistema específico puede depender de la etapa de formación de los planetas en ese sistema", concluyó Dong.
Fuentes, creditos y referencias:
“A likely flyby of binary protostar Z CMa caught in action” by Ruobing
Dong, Hauyu Baobab Liu, Nicolás Cuello, Christophe Pinte, Péter Ábrahám,
Eduard Vorobyov, Jun Hashimoto, Ágnes Kóspál, Eugene Chiang, Michihiro
Takami, Lei Chen, Michael Dunham, Misato Fukagawa, Joel Green, Yasuhiro
Hasegawa, Thomas Henning, Yaroslav Pavlyuchenkov, Tae-Soo Pyo and
Motohide Tamura, 13 January, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-021-01558-y
Créditos a Universe Today