30 de julio de 2014

Discos raros en el Toro

El Sol es un caso particular de estrella, y no sólo porque albergue un planeta donde ha arraigado la vida, sino porque es poco habitual encontrar una estrella solitaria, sin una compañera formando un sistema binario.

Resulta sencillo imaginar cómo giran los planetas en torno a una estrella solitaria como la nuestra. Sabemos, que en el caso del Sol, lo hacen en órbitas elípticas casi circulares, y son así porque no hay una estrella cercana que ofrezca un tirón gravitatorio tal que aumente la elipticidad de la órbita.

En el caso de estrellas binarias resulta algo más complejo teorizar sobre cómo serían las órbitas de los posibles planetas que orbiten a una u otra estrella. Y no sólo reside la complejidad sobre cómo es su órbita, sino también sobre cómo y dónde se forman estos planetas.

ALMA y el Toro

Pero estamos de enhorabuena porque tras analizar con ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) el joven sistema binario HK Tauri, se han llegado a interesantes conclusiones. Sus cinco millones de años de edad lo convierten prácticamente en un embrión donde están naciendo planetas en estos momentos. "ALMA nos ha dado la mejor imagen de un sistema de estrellas binarias con discos protoplanetarios", afirma Eric Jensen, autor del trabajo de investigación y astrónomo del Swarthmore College en Pensilvania (Estados Unidos), pero se ha mostrado sorprendido porque "los discos están desalineados mutuamente".

Imagen 1: Impresión artística mostrando los discos protoplanetarios del sistema binario HK Tauri. Créditos: R. Hurt (NASA/JPL-Caltech/IPAC).

El sistema HK Tauri está situado a 450 años luz en la constelación de Tauro y sus dos estrellas están separadas 58.000 millones de Km, o lo que es lo mismo, 0,006 años luz. A nivel estelar, están prácticamente juntas aunque estén separadas 13 veces la distancia Neptuno-Sol.

Imagen 2: Mapa de la constelación de Tauro. Se muestran todas las estrellas visibles en una noche clara. El cúmulo doble HK Tauri está marcado con un círculo rojo. El sistema doble es muy débil y no puede verse si no es con grandes telescopios. Créditos: ESO, IAU and Sky & Telescope.

Las dos componentes

De las dos estrellas que componen el sistema binario, HK Tauri B es la más débil en cuanto a brillo. Está rodeada por un disco protoplanetario que bajo nuestra perspectiva vemos de canto bloqueando así la luz estelar. Y estoy juega a nuestro favor porque de este modo, los astrónomos pueden ver fácilmente el disco tanto en luz visible como en infrarrojo cercano.

La más brillante, HK Tauri A, también tiene disco protoplanetario, pero en este caso lo vemos de frente, por lo que la luz de la estrella enmascara cualquier resplandor del disco al observarlo en visible o infrarrojo cercano. Para apreciarlo, habría que observar en longitudes de onda milimétricas, y en eso, ALMA es todo un experto.

Imagen 3: Zona de amplio campo donde vemos la extensión de polvo y pequeños grupos de formación estelar de Tauro. La estrella débil del centro es el sistema doble HK Tauri. Créditos: ESO/Digitized Sky Survey 2. Agradecimientos: Davide De Martin.

Desalineamientos

Y con desde Atacama el equipo liderado por Jensen no sólo fue capaz de ver el disco protoplanetario de HK Tauri A, sino que además pudo medir su rotación. Con esta ayuda, los cálculos concluyeron que, en contra de lo que se pensaba, al menos uno de los discos debe estar desalineado al menos 60 grados. La magnitud de esta desalineación es significativa porque deja al descubierto que los discos no tienen porqué estar alineados.

Imagen 4: Aspecto del sistema binario HK Tauri combinando los datos infrarrojos y de luz visible obtenidos con el telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) incorporando los nuevos datos de ALMA. Créditos: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF), K. Stapelfeldt et al. (NASA/ESA Hubble).

"Esta clara desalineación nos ha proporcionado una imagen importante de cómo es este joven sistema de estrellas binarias", señala Rachel Akeson, del Exoplanet Science Institute de la NASA en el California Institute of Technology (Estados Unidos) y coautora de la investigación. "Aunque observaciones anteriores indicaban que existían este tipo de sistemas desalineados, las nuevas observaciones de ALMA de HK Tauri muestran con mucha más claridad lo que está pasando realmente", añade. 

Binarios y complejos

En un sistema binario como HK Tauri las cosas son mucho más complejas que en una estrella aislada en cuanto a formación estelar y planetaria ya que cuando las órbitas de los astros y los discos protoplanetarios no están aproximadamente en el mismo plano, cualquier planeta que pueda estar formándose puede terminar en una órbita altamente excéntrica e inclinada, debido al tirón gravitatorio existente entre las dos estrellas.

Imagen 5: Aspecto de HK Tauri mostrando datos clave de velocidad obtenidos con ALMA que han ayudado a los astrónomos a determinar que los discos en HK Tauri estaban desalineados. Las áreas rojas representan material alejándose de la Tierra y las azules indican material que se mueve hacia nosotros. Créditos: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC).

De hecho, en HK Tauri, aún con los planetas todavía en formación sus órbitas ya se están viendo alteradas por la componente binaria. "Nuestros resultados muestran que existen las condiciones necesarias para modificar las órbitas planetarias y que estas condiciones están presentes en el momento de la formación del planeta, al parecer debido al proceso de formación de un sistema de estrellas binarias," señala Jensen. "No podemos descartar otras teorías, pero ciertamente podemos afirmar que una segunda estrella hará el trabajo", añade.

Puesto que el ALMA puede ver el polvo y el gas de discos protoplanetarios, ha permitido obtener imágenes nunca antes vistas de este joven sistema binario. "Estamos viendo esto en las primeras etapas de formación, con los discos protoplanetarios todavía en su lugar, por tanto podemos ver mejor cómo están orientadas las cosas", explicó Akeson.

Como siguiente objetivo, los investigadores quieren determinar si este tipo de sistema es típico o no, por lo que necesitan estudios adicionales para determinar si este tipo de disposición es común en nuestra galaxia.
Este trabajo se ha presentado en el artículo científico "Misaligned Protoplanetary Disks in a Young Binary System", por Eric Jensen y Rachel Akeson, que aparecerá el 31 de Julio de 2014 en la revista Nature.

El equipo que ha llevado a cabo la investigación está formado por Eric L. N. Jensen (Departamento de Física y Astronomía, Swarthmore College, Estados Unidos) y Rachel Akeson (Instituto de Ciencias Exoplanetarias de la NASA, IPAC/Caltech, Pasadena, Estados Unidos).
Nota de prensa: 

Nota de prensa (versión original): 

Artículo científico: 

Referencias: 

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