This is an authorized translation of an Eos article. Esta es una traducción al español autorizada de un artículo de Eos.
Los cinturones polvorientos de escombros provenientes del nacimiento de estrellas son extensos y dinámicos, alimentados por colisiones frecuentes entre exocometas y agitados por la gravedad de planetas cercanos, según un estudio reciente publicado en Astronomy & Astrophysics. Los hallazgos ofrecen nuevas perspectivas sobre el proceso de formación planetaria.
Estos cinturones son análogos al Cinturón de Kuiper del sistema solar, una zona con forma de rosquilla más allá de la órbita de Neptuno que alberga cientos de millones de cuerpos helados. Los cinturones de exocometas analizados en el nuevo estudio presentan una amplia variedad de características, incluyendo diferencias en anchura, masa y brillo. Según los autores, estos cinturones probablemente fueron esculpidos por exoplanetas aún no detectados.
“Lo que encuentro más emocionante es que este estudio demuestra, una vez más, que los planetas están en todas partes. Incluso si no podemos verlos directamente, detectamos sus huellas en estos discos”.
“Encontramos que cada cinturón es único, por lo que cada sistema planetario es diferente”, dijo el miembro del estudio, Steve Ertel, un astrónomo del Observatorio Steward y científico principal del Observatorio del Gran Telescopio Binocular, ambos en la Universidad de Arizona. “Pero lo que encuentro más emocionante es que este estudio demuestra, una vez más, que los planetas están en todas partes. Incluso si no podemos verlos directamente, detectamos sus huellas en estos discos.”
Investigadores del proyecto REASONS (Observaciones resueltas de ALMA y SMA de estrellas cercanas) produjeron imágenes de alta resolución de los sistemas de cinturones alrededor de 74 estrellas situadas a aproximadamente 500 años luz de la Tierra, constituyendo la muestra más grande hasta la fecha.
El equipo realizó nuevas observaciones de algunos de estos sistemas utilizando el Gran Conjunto Milimétrico/submilimétrico de Atacama (ALMA) en Chile y el Conjunto submilimétrico (SMA) en Hawái, los cuales son instrumentos sensibles al resplandor del polvo y los pequeños guijarros que conforman los cinturones. Los investigadores combinaron estos resultados con observaciones previas de otros sistemas realizadas con ALMA para completar el conjunto de muestras.
Fragmentación de exocometas
Los cinturones se encuentran a distancias de entre 10 y 100 unidades astronómicas (1 UA equivale a la distancia promedio de la Tierra al Sol) de sus estrellas centrales, una escala comparable a las 30 UA que separan al Sol del borde interno del Cinturón de Kuiper. Estos cinturones se forman a partir de objetos de hasta aproximadamente 1 kilómetro de diámetro, similares a los cuerpos del Cinturón de Kuiper y a los cometas que ocasionalmente visitan el sistema solar interior, razón por la cual se les denomina “exocometas”.
Dichos cuerpos podrían ser restos de los bloques a partir de los cualesnacieron planetas y lunas. En el caso del Cinturón de Kuiper, muchos fueron lanzados lejos del Sol por la gravedad de esos planetas recién formados.
“En las regiones donde observamos estos anillos fríos, se cree que los cuerpos están compuestos por grandes cantidades de hielo, además de material rocoso o polvo”, explicó Ertel. “Cuando estos cuerpos colisionan, se fragmentan en piezas cada vez más pequeñas, y eso es lo que observamos como polvo”.
Este polvo proporciona “perspectivas importantes sobre los sistemas planetarios subyacentes”, señaló Ertel, ya que, al igual que en el Cinturón de Kuiper y el cinturón de asteroides de nuestro propio sistema solar, las propiedades de estos cinturones están estrechamente relacionadas con las órbitas y masas de los planetas.
Algunos sistemas presentan más de un anillo o banda, sugiriendo la posible presencia de múltiples planetas, mientras que el grosor de ciertos anillos indica que podrían contener cuerpos con diámetros de entre aproximadamente 140 kilómetros y el tamaño de la Luna (cuyo diámetro es de unos 3,500 kilómetros). Aunque estos cuerpos son demasiado pequeños para ser detectados en las observaciones de REASONS, su influencia en la dinámica interna de los anillos es significativa.
“La principal sorpresa probablemente fue el hecho de que los cinturones anchos parecen ser más comunes que los anillos estrechos”, mencionó Luca Matrà, físico del Trinity College de Dublín y autor principal del estudio. “Muchos de nosotros apreciamos la imagen del hermoso anillo de Fomalhaut, probablemente el cinturón de exocometas más famoso. Sin embargo, nos sorprendió mucho descubrir que estos anillos son raros”.
Según Matrà, varios factores pueden influir en la forma y el tamaño de los anillos, incluidos los choques entre objetos dentro de los cinturones, las condiciones iniciales en las que se formaron y las interacciones entre el material de los cinturones y los planetas cercanos, posiblemente como resultado de migraciones planetarias.
Las condiciones iniciales incluyen la cantidad de material disponible para formar los cinturones, la luminosidad de la estrella y el entorno estelar circundante. Una estrella más brillante y caliente debería evaporar hielos a mayores distancias dentro del disco de material a partir del cual se forman los bloques de construcción planetarios, conocidos como planetesimales. Una mayor cantidad de material en el disco primordial podría dispersarse más y protegerse mejor de la radiación estelar, evitando la pérdida de polvo hacia el espacio interestelar. En contraste, si una estrella se formó en un cúmulo compacto, las interacciones con otras estrellas podrían haber limitado el crecimiento de los discos formadores de planetas.
Provocando un poco de entusiasmo
Las migraciones planetarias, en las que las interacciones gravitacionales hacen que los planetas se desplacen hacia o lejos de su estrella, podrían provocar que los objetos se agiten en anillos estrechos, los cuales son comunes en sistemas estelares jóvenes donde se están formando nuevos planetas, como pedacitos de hielo en una licuadora. Este movimiento de agitación podría hacer que los anillos se expandan hasta formar los cinturones más anchos que se observan en la actualidad.
“Hubo mucha actividad en el sistema solar temprano, y ahora estamos viendo que ocurren cosas similares en otros lugares. Me parece realmente fascinante”.
“En nuestro propio sistema solar, es probable que Urano y Neptuno no estuvieran originalmente tan lejos del Sol como lo están hoy, sino que fueron empujados hacia el exterior por Júpiter y Saturno”, explicó Sharon Montgomery, profesora de física en la Pennsylvania Western University en Clarion, quien no participó en el nuevo estudio. “Eventualmente, Neptuno provocó todo tipo de agitaciones en el Cinturón de Kuiper. Así que hubo mucha actividad en el sistema solar temprano, y ahora estamos viendo que ocurren procesos similares en otros lugares. Me parece realmente fascinante”.
El nuevo estudio también indica que las estructuras de polvo pierden tanto masa como superficie a medida que envejecen, y que los anillos y cinturones más pequeños se desgastan más rápidamente que los más amplios. Según los investigadores, ambos hallazgos concuerdan con los modelos de formación planetaria y evolución de discos.
Matrà señaló que el equipo ampliará su investigación mediante un estudio más detallado de algunos de los objetivos del proyecto REASONS. “Tomamos 18 de estos cinturones y llevamos al límite la resolución de ALMA, utilizando la máxima resolución posible para abordar nuevas preguntas cruciales”, afirmó Matrà. Las respuestas deberían proporcionar una comprensión aún más profunda de estas intrigantes bandas de exocometas.
—Damond Benningfield, Escritor de ciencia
This translation by Saúl A. Villafañe-Barajas (@villafanne) was made possible by a partnership with Planeteando and GeoLatinas. Esta traducción fue posible gracias a una asociación con Planeteando y GeoLatinas.