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Los astrónomos están tomando fotografías de planetas de bebés por docenas

Las instantáneas de una gran cantidad de discos de formación de planetas ofrecen más que un simple placer visual: también revelan algunos aspectos fundamentales de cómo nacen los mundos.

El polvo se arremolina alrededor del disco de formación de planetas MWC 758, ubicado a unos 500 años luz de la Tierra en la región de Tauro, en esta imagen compuesta de dos observatorios diferentes. Las regiones amarillas muestran luz dispersa del polvo, como la ve el instrumento espectropolarimétrico de investigación de exoplanetas de alto contraste (SPHERE) instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO; las regiones azules corresponden a la luz emitida por el polvo cálido, según lo detectado por el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Vistas tan detalladas están ayudando a los astrónomos a ver más profundamente que nunca el misterioso proceso del nacimiento planetario.

Crédito:

ESO/A. Garufi y otros; R. Dong y col.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) (CC POR 4.0)

Durante siglos (y, francamente, hasta hace poco), los astrónomos han estado desconcertados por la formación de planetas. Vieron estos puntos de luz errantes en el cielo moviéndose de manera clara y ordenada, pero muchos detalles cruciales de cómo esos mundos llegaron allí en primer lugar eran un misterio.

Hemos recorrido un largo camino desde aquellos tiempos, y a una velocidad notable. Gracias a telescopios más grandes, instrumentos más precisos y técnicas avanzadas de procesamiento de imágenes digitales, esta cuestión de cómo se forman los planetas ha pasado de ser una conjetura especulativa a un sólido campo de estudio. Y, como la mayoría de las nuevas disciplinas científicas, está evolucionando rápidamente. Solíamos tener sólo unas pocas observaciones de sistemas planetarios embrionarios para analizar, pero ahora tenemos cientos, gracias al vertiginoso ritmo de los descubrimientos.

De hecho, los astrónomos acaban de entregar observaciones detalladas de la asombrosa cifra de 86 familias planetarias nacientes, agregando una gran cantidad de objetos para que los investigadores los analicen alegremente. Y con ese análisis se logrará una mejor comprensión de cómo nacen las estrellas y los planetas.


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En los viejos tiempos, como cuando yo era niño, nuestra comprensión de la formación planetaria era débil, y muchas de las ideas que se barajaban podían calificarse con seguridad de “estrafalarias”. Por ejemplo, una de ellas fue que una estrella pasó tan cerca de nosotros que extrajo del Sol hebras de material que se fusionaron para formar los planetas. Esta es una idea bastante buena (al menos sus defensores estaban “pensando en grande”), pero es exagerada, por decir lo menos. Por una cosa, Las colisiones que se cierran entre estrellas en esta parte de la galaxia son tan raras que resultan inexistentes.. Y una corriente solar tan sobrecalentada se disiparía en la nada, no colapsaría en mundos ordenados y duraderos.

Pero a medida que pasó el tiempo y nuestras observaciones mejoraron, también lo hicieron nuestras hipótesis. Ahora sabemos que las estrellas se forman en gigantescas nubes de gas llamadas nebulosas cuando grupos densos de material colapsan bajo su propia gravedad. El material se aplana formando un disco protoestelar que gira alrededor del centro, alimentando a la joven estrella que se forma allí. Con el tiempo, el disco, ahora llamado disco protoplanetario, se enfría y puede realmente comenzar el proceso de formación planetaria. Los planetas crecen ya sea cuando objetos pequeños como guijarros y rocas se unen para hacerse más grandes o cuando grandes trozos del disco colapsan para crear directamente objetos más grandes.

Estos discos fueron teorizados durante décadas, pero el primero no se detectó hasta la década de 1980. cuando las observaciones de la brillante estrella Vega revelaron que estaba rodeada por un anillo de polvo calentado por la luz de las estrellas.. Se encontraron más rápidamente, aunque las observaciones carecieron de detalles de diagnóstico.

Eso cambió cuando una tripulación de astronautas instaló el Espectrógrafo de imágenes del telescopio espacial (STIS) en el Telescopio Espacial Hubble en 1997. STIS pudo bloquear la mayor parte del resplandor brillante de una estrella objetivo para ofrecer imágenes de alta resolución de cualquier disco circunestelar de tamaño considerable. Muchos de los discos descubiertos con STIS tenían brazos espirales, una indicación de planetas invisibles que hacían girar los discos debido a su gravedad. En otros, se observaron claros huecos en el disco donde los planetas atravesaban directamente el material y lo barrían o bombeaban energía orbital hacia las partículas allí y cambiaban su trayectoria. (Divulgación completa: trabajé en STIS y fue parte del proyecto que examinó estos discos. En ese proyecto ayudé a eliminar digitalmente la luz de la estrella. Ser una de las primeras personas en ver estos discos en detalle fue un honor y una alegría).

Por supuesto, el estudio de estos discos ha avanzado desde entonces y, increíblemente, ha mejorado aún más. El observatorio Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, ha examinado docenas de estructuras de este tipo y reveló detalles nunca antes vistos en longitudes de onda de luz cercanas al alcance de la radio. Y ahora los astrónomos están cerrando la brecha entre la luz visible y la radio con el inmenso Observatorio Europeo Austral. Telescopio muy grande (VLT) en Chile. Está compuesto por cuatro gigantescos telescopios de 8,2 metros y sobre uno de ellos se encuentra ESFERA, el instrumento de investigación de exoplanetas espectropolarimétrico de alto contraste. Esta es una cámara fenomenalmente de alta resolución que toma Imágenes con detalles tan exquisitos. eso, no es broma, cuando vi por primera vez sus asombrosas imágenes de asteroides en nuestro propio sistema solarPensé que me estaban haciendo una broma.

Cada uno de los cuatro telescopios del VLT es tan grande que Puede captar mucha luz y ver detalles finos., por lo que es capaz de observar muchas estrellas en plena creación y discernir estructuras en el material circundante: características creadas por objetos masivos como los protoplanetas que se forman en un disco. En tres documentos de publicación reciente en el diario Astronomía y Astrofísica, los astrónomos informan de sus resultados al observar los sistemas planetarios que emergen en tres nebulosas cercanas en las constelaciones de Orión, Tauro y Camaleón. Cada una de estas fábricas de formación estelar está lo suficientemente cerca de la Tierra como para que el poderoso combo VLT/SPHERE revele una gran cantidad de detalles. En muchos de los discos observados, se pueden ver huecos y brazos espirales, lo que indica el crecimiento de los planetas y, lo que es más importante, pone los discos en contexto con su entorno astrofísico inmediato.

Por ejemplo, en la nube de Tauro, SPHERE observó aproximadamente el 20 por ciento de todos los objetos de Clase II de la nebulosa (aquellos donde la luz de la estrella recién nacida apenas emerge de la oscuridad protoestelar), lo que representa una muestra completa de todas las estrellas con más más de 0,4 veces la masa del sol; el resto eran demasiado débiles para ser detectados de manera confiable. De ellos, casi dos tercios tenían discos débiles que no habían sido vistos ni documentados antes.

Es importante destacar que casi un tercio de los sistemas observados en la nube de Tauro eran sistemas estelares múltiples, con dos o más estrellas orbitando entre sí. Las estadísticas muestran que aproximadamente la mitad de todas las estrellas están (a diferencia de nuestro Sol) en sistemas múltiples, por lo que estudiar la formación planetaria en estos entornos similares a Tatooine arrojará muchos datos interesantes sobre cómo la multiplicidad estelar afecta a los planetas de las estrellas. Por ejemplo, en la nube Chamaeleon estudiada por SPHERE, los discos eran escasos dentro de los sistemas binarios donde la estrella primaria de mayor masa estaba acompañada por una estrella secundaria de menor masa en órbita cercana; esto implica que algún aspecto de esa configuración estelar suprime la formación de discos de origen de planetas.

Las estrellas y los discos individuales son maravillosos para aprender sobre circunstancias físicas específicas, pero necesitamos observaciones más amplias para obtener una mejor visión general de cómo surgen los planetas; en cierto sentido, sólo podemos entender los detalles finos viendo cómo encajan en el panorama general. . Comparar y contrastar las características de estos viveros planetarios, incluida la densidad, la edad y la estructura química, es lo que conducirá a esa gestalt.

El estudio del nacimiento planetario se encuentra en un punto de inflexión. En el pasado, estos objetos se encontraban raramente, pero ahora las observaciones los están barriendo al por mayor. Como me gusta decir sobre los nuevos campos de la ciencia, aquí es cuando se pasa de la filatelia a la zoología: de “¡Encontramos otro de estos objetos extraños!” a «Tenemos lo suficiente como para empezar a notar tendencias y ver los mecanismos subyacentes que las crean».

Todavía hay muchas preguntas sobre cómo surgió nuestro propio sistema solar y cómo evolucionó a lo largo de los eones hasta su configuración actual. Un paso fundamental en este sentido es observar otros sistemas planetarios y encontrar conexiones más profundas entre ellos y nosotros.

Podrías pensar que la astronomía es el estudio de todo lo que está sobre tu cabeza, pero en realidad también incluye lo que está bajo tus pies.