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Salvajes discos protoplanetarios



Utilizando el conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) un equipo de astrónomos ha descubierto una impresionante pareja de discos de gas con formación de planetas violentamente desalineados rodeando a las dos estrellas que forman el sistema binario HK Tauri. Estas nuevas observaciones de ALMA proporcionan la imagen más clara obtenida hasta ahora de discos protoplanetarios en una estrella doble. El nuevo resultado también ayuda a explicar por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas. Los resultados aparecerán en la revista Nature el 31 de julio de 2014.


La impresión artística muestra a una asombrosa pareja de discos de gas con formación de planetas violentamente desalineados y rodeando a las dos estrellas que forman el sistema binario HK Tauri. Estas nuevas observaciones de ALMA proporcionan la imagen más clara obtenida hasta ahora de discos protoplanetarios en una estrella doble. El nuevo resultado también ayuda a explicar por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas.
Crédito:R. Hurt (NASA/JPL-Caltech/IPAC)


A diferencia de nuestro solitario Sol, la mayor parte de las estrellas se forman en pares binarios — dos estrellas que se encuentran en órbita una alrededor de la otra. Las estrellas binarias son muy comunes, pero plantean una serie de preguntas, incluyendo cómo y dónde se forman los planetas en estos entornos tan complejos."Ahora ALMA nos ha dado la mejor imagen de un sistema de estrellas binarias con discos protoplanetarios — ¡y nos encontramos con que los discos están desalineados mutuamente!", afirma Eric Jensen, un astrónomo del Swarthmore College (Pensilvania, Estados Unidos).Las dos estrellas del sistema HK Tauri, que se encuentra a 450 años luz de la Tierra, en la constelación de Tauro (el Toro), tienen menos de 5 millones años y están separadas por unos 58 mil millones de kilómetros — 13 veces la distancia de Neptuno al Sol.


Este mapa muestra la constelación de Tauro (el Toro). Se muestran todas las estrellas visibles en una noche clara. Además de los famosos cúmulos estelares de las Híades y las Pléyades, esta zona del cielo también contiene nubes de polvo oscuro y, en ella, hay una activa formación estelar. Una de estas estrellas recién formadas es HK Tauri (marcada con un círculo rojo). Las observaciones de este sistema, llevadas a cabo con ALMA, han proporcionado la imagen más clara obtenida hasta el momento de discos protoplanetarios en una estrella doble.Esta estrella doble es muy débil y roja, y no puede verse si no es con grandes telescopios.
Crédito:ESO, IAU and Sky & Telescope


La estrella más débil, HK Tauri B, está rodeada por un disco protoplanetario que vemos de canto y que bloquea la luz estelar. Dado que se suprime el fulgor de la estrella, los astrónomos pueden observar fácilmente el disco mediante la observación en luz visible, o en longitudes de onda del infrarrojo cercano.La estrella compañera, HK Tauri A, también tiene un disco, pero en este caso no bloquea la luz de la estrella. Como resultado, el disco no puede verse en luz visible porque su débil resplandor está inundado por el deslumbrante brillo de la estrella. Pero brilla resplandeciente en longitudes de onda milimétricas, que ALMA puede detectar fácilmente.Usando ALMA, el equipo no sólo fue capaz de ver el disco alrededor de HK Tauri A, sino que también pudo, por primera vez, medir su rotación. Esta imagen, más clara, permitió a los astrónomos hacer cálculos que les llevaron a concluir que los dos discos están desalineados el uno con el otro con una diferencia de, al menos, 60 grados. Así que, en lugar de estar en el mismo plano que las órbitas de las dos estrellas, al menos uno de los discos debe estar significativamente desalineado.


En esta imagen de amplio campo vemos la extensión del polvo y los pequeños grupos de formación de estrellas en parte de la región de formación estelar de Tauro. La estrella débil del centro de esta imagen es el joven sistema de estrellas binarias HK Tauri. Las observaciones de este sistema, llevadas a cabo con ALMA, han proporcionado la imagen más clara obtenida hasta el momento de discos protoplanetarios en una estrella doble. El nuevo resultado también ayuda a explicar por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas. Esta composición fue creada a partir de imágenes del sondeo Digitized Sky Survey 2.
Crédito:ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgement: Davide De Martin


"Esta clara desalineación nos ha proporcionado una imagen importante de cómo es este joven sistema de estrellas binarias", señala Rachel Akeson, del Instituto de Ciencias Exoplanetarias de la NASA, en el Instituto Tecnológico de California (Estados Unidos). "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 en uno de estos sistemas".Las estrellas y los planetas se forman a partir de inmensas nubes de polvo y gas. A medida que el material de esas nubes se contrae debido a la gravedad, comienza a girar hasta que la mayoría del polvo y el gas caen en un disco protoplanetario aplanado, girando alrededor de una creciente protoestrella central.Pero en un sistema binario como HK Tauri las cosas son mucho más complejas. 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 1."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," señaló Jensen.


Esta imagen del sistema binario HK Tauri combina los datos infrarrojos y de luz visible obtenidos con el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA con nuevos datos de ALMA. Estas observaciones de ALMA han proporcionado la imagen más clara obtenida hasta el momento de discos protoplanetarios en una estrella doble. El nuevo resultado también aporta una posible explicación a por qué tantos exoplanetas — a diferencia de los planetas del Sistema Solar — acaban teniendo órbitas extrañas, excéntricas o inclinadas.
Crédito:B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); K. Stapelfeldt et al. (NASA/ESA Hubble)


"No podemos descartar otras teorías, pero ciertamente podemos afirmar que una segunda estrella hará el trabajo".Puesto que el ALMA puede ver el polvo y el gas, de otro modo invisibles, de discos protoplanetarios, esto 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.En un siguiente paso, los investigadores quieren determinar si este tipo de sistema es típico o no. Se trata de un caso único, lo cual es importante, pero se necesitan estudios adicionales para determinar si este tipo de disposición es común en nuestra galaxia, la Vía Láctea.Jensen concluye: "aunque este mecanismo es un gran paso adelante, no puede explicar todas las órbitas extrañas de los planetas extrasolares — simplemente, no hay suficientes compañeras binarias para hacer de esta una respuesta a todo el planteamiento. ¡Así que esta también es una interesante incógnita por resolver!".


Esta imagen muestra 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.Crédito:NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)


Nota:
1- Si las dos estrellas y sus discos no están todos en el mismo plano, la fuerza gravitacional de una estrella perturbará al otro disco, generando alteraciones o precesión, y viceversa. Un planeta en formación en uno de estos discos también se verá perturbado por la otra estrella, que se inclinará y deformará su órbita.







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