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| Astrónomos han observado con un detalle sin precedentes el material primordial que puede estar dando origen a tres sistemas planetarios alrededor de una estrella binaria. Crédito: La zona habitable permanente puede existir en sistemas estelares binarios con planetas gigantes: Frontiers in Astronomy and Space Sciences Crédito: 213688585 / Shutterstock.com |
Astrónomos han observado el joven sistema estelar binario SVS 13 durante décadas. Los astrónomos no saben mucho sobre cómo se forman los planetas alrededor de las protoestrellas binarias como SVS 13, y las primeras etapas son especialmente misteriosas. Un nuevo estudio basado en tres décadas de investigación revela tres discos potencialmente formadores de planetas alrededor de la estrella binaria.
Los planetas se forman al acumular material del disco de polvo y gas que rodea a una estrella joven, llamado disco protoplanetario. La mayoría de los modelos científicos de acreción planetaria se basan en estrellas individuales como nuestro Sol. Pero la mayoría de las estrellas se forman en sistemas binarios, donde las interacciones gravitatorias podrían tener un enorme efecto en la formación de planetas. Los astrónomos no tienen tantos conocimientos sobre la formación de planetas alrededor de estrellas binarias como les gustaría.
Eso es lo que hace que SVS 13 sea importante. El joven sistema estelar es aún embrionario y los astrónomos están aprendiendo mucho de su observación. Las estrellas son ambas embriones estelares, y su masa combinada es aproximadamente igual a la del Sol. SVS 13 es un sistema binario cercano, y unas 90 unidades astronómicas las separan. Su período orbital es de unos 850 años. El sistema está a sólo unos 980 años-luz de distancia, lo suficientemente cerca para un estudio detallado.
La nueva investigación se basa en extensas observaciones de SVS 13 con el Very Large Array (VLA) y el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA). El título del estudio es "The Physical Properties of the SVS 13 Protobinary System: Dos discos circumestelares y un disco circumbinario en espiral en formación". La autora principal es Ana Karla Díaz-Rodríguez, de la Universidad de Manchester, y el artículo se publica en The Astronomical Journal.
"Nuestros resultados han revelado que cada estrella tiene un disco de gas y polvo a su alrededor y que, además, se está formando un disco más grande alrededor de ambas estrellas", dijo Díaz-Rodríguez. "Este disco exterior muestra una estructura espiral que está alimentando de materia a los discos individuales, y en todos ellos podrían formarse sistemas planetarios en el futuro. Esto es una clara evidencia de la presencia de discos alrededor de ambas estrellas y de la existencia de un disco común en un sistema binario."
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| Modelo de dibujos animados del sistema. Los colores rojo y azul indican el movimiento del gas. (Rojo: lejos de nosotros, azul: hacia nosotros). Crédito de la imagen: Universidad de Manchester. |
Las observaciones del VLA de SVS 13 abarcan más de tres décadas. El equipo de investigación que realizó este estudio utilizó esas observaciones combinadas con las nuevas observaciones de ALMA. Los datos de la línea de base larga permitieron a los astrónomos trazar las órbitas de las estrellas entre sí y determinar su geometría y orientación. La información más detallada de las observaciones también reveló las masas de las protoestrellas, las masas del disco y las temperaturas del disco. Estas observaciones han creado un retrato científico detallado de las jóvenes estrellas y su sistema.
"Este trabajo muestra cómo los estudios cuidadosos y sistemáticos de las estrellas jóvenes pueden proporcionar una visión notablemente detallada de su estructura y propiedades", dijo el colaborador Gary Fuller de la Universidad de Manchester.
Cuando los astrónomos empezaron a observar la SVS hace 13 años, las observaciones ópticas mostraban una única estrella. Pero cuando los radiotelescopios observaron el sistema, quedó claro que se trataba de una binaria cercana.
"En el IAA comenzamos a estudiar este sistema hace veinticinco años. Nos sorprendimos cuando descubrimos que SVS 13 era una binaria de radio porque en el óptico sólo se ve una estrella", explica Guillem Anglada, coautor del estudio e investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía.
Las estrellas jóvenes pueden ser difíciles de ver en luz óptica porque el disco protoplanetario las envuelve. Los radiotelescopios como ALMA y VLA son la herramienta elegida para observar sistemas jóvenes porque las emisiones de radio son visibles a través del gas y el polvo. Aun así, los astrónomos los ven con mayor claridad cuanto más avanzados están en el proceso de formación. ALMA y el VLA también tienen altas resoluciones angulares, y los observadores pueden ver características de hasta 10 a 20 UA de tamaño.
El sistema SVS 13 tiene tres discos. Un disco rodea a cada protoestrella y un tercer disco más grande rodea a la pareja. El disco más grande es una espiral y parece estar en las primeras etapas de formación. También está alimentando con material a los dos discos más pequeños.
"Normalmente, los embriones estelares se detectan por radio, pero sólo se hacen visibles al final del proceso de gestación. Fue muy extraño descubrir un par de estrellas gemelas en las que una de ellas parecía haber evolucionado mucho más rápido que la otra", dijo Anglada. VLA 4B no sólo es más masiva que su compañera, sino que su disco también parece ser más grueso.
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| Esta imagen del estudio muestra las emisiones de radio de 0,9 mm de la joven protobinaria SVS 13. Las dos componentes estelares se denominan VLA 4B y VLA4A. La pareja está separada por unas 90 unidades astronómicas. Crédito de la imagen: Díaz-Rodríguez et al. 2022. |
Una de las características más interesantes de SVS 13 son los brazos espirales.
"Se han observado espirales en varios discos protoplanetarios, y se han sugerido varios mecanismos, que posiblemente pueden actuar juntos, para explicar su origen, incluyendo interacciones planeta-disco, inestabilidades gravitacionales o sombras", escriben los autores en su artículo.
Otros investigadores han modelado los brazos espirales y los discos en sistemas como SVS 13. Un estudio de 2019 utilizó simulaciones numéricas para investigar sistemas como este y descubrió que "cada modelo exhibe discos circunestelares, brazos espirales y un disco circumbinario con una brecha o cavidad interior". Ese estudio también encontró que el disco circumbinario es asimétrico.
Los autores de esta nueva investigación hicieron referencia al documento de 2019 cuando escribieron: "Este resultado de las simulaciones numéricas parece ser ampliamente consistente con nuestras observaciones de SVS 13 si el secundario fuera VLA 4A (el componente con el brazo espiral más prominente, S1) y el primario fuera VLA 4B (con la espiral S2 rodeando esta protoestrella y estando conectada a algún punto indeterminado entre VLA 4A y VLA 4B)."
Desgraciadamente, los investigadores sólo disponen de estimaciones de masa aproximadas que muestran que VLA 4B es la estrella primaria de la pareja binaria. El equipo dice que necesitan mediciones más precisas de la masa de VLA 4A y VLA 4B para llevar su trabajo aún más lejos. Futuras observaciones "... deberían ser capaces de arrojar más luz sobre las masas de la binaria SVS 13 y de identificar de forma fiable los componentes primarios y secundarios. Esto permitirá poner a prueba los modelos de evolución de un sistema binario que está experimentando el desarrollo de un disco circumbinario y brazos espirales, como parece ser el caso de SVS 13".
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| Esta figura del estudio destaca lo que parecen ser los brazos espirales de un disco que rodea a SVS 13 y que alimenta de material a los dos discos más pequeños. La imagen de la derecha es la misma que la de la izquierda, pero con diferentes intensidades para resaltar los brazos. S1 y S2 son espirales bastante definidas, pero en el caso de S3 no está claro si es un brazo espiral o una característica de la parte norte del disco circumbinario. Crédito de la imagen: Díaz-Rodríguez et al. 2022. |
En astronomía siempre es deseable contar con mediciones más precisas, y a veces pasan décadas antes de que los astrónomos puedan obtenerlas. Pero incluso con las estimaciones de masa que tienen, el equipo de investigadores afirma que su modelización muestra que ambas estrellas podrían formar planetas.
"Diseñamos varios experimentos para obtener más detalles y averiguar si, en tal caso, cualquiera de las estrellas podría formar planetas. Ahora hemos visto que ambas estrellas son muy jóvenes y que ambas pueden formar planetas", afirma Guillem Anglada, investigador del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) que coordina los estudios de SVS 13.
Las observaciones del sistema también revelaron algo más. Al parecer, en los discos que rodean al sistema hay varios componentes químicos complejos relacionados con la vida. El equipo identificó 30 moléculas diferentes alrededor de ambas protoestrellas, incluidas trece moléculas orgánicas complejas (COM). Las COM son moléculas con seis o más átomos con al menos un átomo de carbono. En el sistema SVS 13 detectaron por primera vez siete de ellas. "Esto significa que cuando los planetas comiencen a formarse alrededor de estos dos soles, los componentes básicos de la vida estarán allí", dijo Díaz-Rodríguez.
El estudio tiene algunas incertidumbres, y los autores las dejan claras. Dicen que pueden confirmar que SVS 13 es un "... sistema protoestelar múltiple con al menos dos protoestrellas incrustadas, separadas por 90 au..." Desgraciadamente, no pueden descartar otras protoestrellas ya que su resolución está limitada a unas 10 a 20 UA. "Sin embargo", escriben, "nos inclinamos por la interpretación en términos de un sistema binario".
La astronomía moderna implica muchas simulaciones. Esas simulaciones van de la mano de las observaciones. Pero las simulaciones son tan buenas como las pruebas a las que se las somete. Los autores dicen que nuestra comprensión cada vez más detallada del sistema SVS 13 no hará sino mejorar las simulaciones de los sistemas binarios jóvenes como grupo.
"En conclusión, SVS 13 parece ser un excelente banco de pruebas para ensayar simulaciones numéricas de las primeras etapas de la formación de sistemas binarios y estelares múltiples".
Fuentes, créditos y referencias:
A. K. Díaz-Rodríguez et al. The Physical Properties of the SVS 13 Protobinary System: Two Circumstellar Disks and a Spiraling Circumbinary Disk in the Making. The Astrophysical Journal, 2021 (accepted); [abstract]
Fuentes: Universidad de Manchester, Universe Today