Los astrónomos publicaron este mes la colección más grande de imágenes detalladas de discos de escombros alrededor de estrellas jóvenes, mostrando la gran variedad de formas y tamaños de los sistemas estelares durante sus primeros años de formación de planetas. Asombrosamente, casi todos mostraron evidencia de planetas.

Las imágenes se obtuvieron durante un período de cuatro años mediante un instrumento de precisión, el generador de imágenes de planetas Gemini (GPI), montado en el telescopio Gemini South de 8 metros en Chile. El GPI utiliza un sistema de óptica adaptativa de última generación para eliminar el desenfoque atmosférico, proporcionando las imágenes más nítidas hasta la fecha de muchos de estos discos.

Instrumentos terrestres como GPI, que se está actualizando para realizar observaciones similares en el cielo del norte desde el Telescopio Gemini Norte en Hawai, puede ser una forma de filtrar estrellas con discos de escombros sospechosos para determinar cuáles vale la pena apuntar con más poderosos, pero caro, telescopios para encontrar planetas, en particular, planetas habitables. Varios 20-, Telescopios de 30 y 40 metros, como el Telescopio Gigante de Magallanes y el Telescopio Extremadamente Grande, estará en línea en las próximas dos décadas, mientras que se espera que el Telescopio Espacial James Webb en órbita se lance en 2021.

"A menudo es más fácil detectar el disco lleno de polvo que los planetas, para que detecte el polvo primero y luego sepa apuntar con su telescopio espacial James Webb o su telescopio espacial Nancy Grace Roman a esos sistemas, reducir la cantidad de estrellas que tienes que examinar para encontrar estos planetas en primer lugar, "dijo Tom Esposito, becario postdoctoral en la Universidad de California, Berkeley.

Esposito es el primer autor de un artículo que describe los resultados que aparecieron el 15 de junio en El diario astronómico .

Cinturones de cometas alrededor de otras estrellas

Los discos de escombros en las imágenes son el equivalente al Cinturón de Kuiper en nuestro sistema solar, un reino gélido unas 40 veces más alejado del sol que la Tierra, más allá de la órbita de Neptuno, y lleno de rocas, polvo y hielo que nunca se convirtieron en parte de ningún planeta de nuestro sistema solar. Los cometas del cinturón (bolas de hielo y roca) barren periódicamente el interior del sistema solar, ocasionalmente causando estragos en la Tierra, sino también entregando materiales relacionados con la vida como el agua, carbono y oxígeno.

De las 26 imágenes de discos de escombros obtenidas por Gemini Planet Imager (GPI), 25 tenían "agujeros" alrededor de la estrella central que probablemente fueron creados por planetas que barrían rocas y polvo. Siete de los 26 eran desconocidos previamente; las imágenes anteriores de los otros 19 no eran tan nítidas como las de GPI y, a menudo, no tenían la resolución para detectar un agujero interno. La encuesta duplica la cantidad de discos de escombros que se obtienen con una resolución tan alta.

"Una de las cosas que encontramos es que estos llamados discos son en realidad anillos con claros internos, "dijo Esposito, quien también es investigador en el Instituto SETI en Mountain View, California. "GPI tenía una vista clara de las regiones internas cercanas a la estrella, mientras que en el pasado, las observaciones realizadas por el telescopio espacial Hubble y los instrumentos más antiguos desde el suelo no podían ver lo suficientemente cerca de la estrella como para ver el agujero a su alrededor ".

El GPI incorpora un coronógrafo que bloquea la luz de la estrella, lo que le permite ver tan cerca como una unidad astronómica (AU) de la estrella, o la distancia de la Tierra a nuestro sol:93 millones de millas.

El GPI apuntó a 104 estrellas que eran inusualmente brillantes en luz infrarroja, indicando que estaban rodeados de escombros que reflejaban la luz de la estrella o calentados por la estrella. El instrumento registró luz infrarroja cercana polarizada dispersada por pequeñas partículas de polvo, aproximadamente una milésima de milímetro (1 micrón) de tamaño, probablemente el resultado de colisiones entre rocas más grandes en un disco de escombros.

"No se ha realizado un estudio sistemático de discos de escombros jóvenes de este tamaño, mirando con el mismo instrumento, utilizando los mismos modos y métodos de observación, ", Dijo Esposito." Detectamos estos 26 discos de desechos con una calidad de datos muy consistente, donde realmente podemos comparar las observaciones, algo que es único en términos de estudios de discos de escombros ".

Los siete discos de escombros nunca antes fotografiados de esta manera estaban entre los 13 discos alrededor de estrellas que se mueven juntas a través de la Vía Láctea. miembros de un grupo llamado la asociación estelar Scorpius-Centaurus, que se encuentra entre 100 y 140 parsecs de la Tierra, o unos 400 años luz.

"Es como el lugar de pesca perfecto; nuestra tasa de éxito fue mucho mayor que cualquier otra cosa que hayamos hecho, "dijo Paul Kalas, un profesor adjunto de astronomía de UC Berkeley que es el segundo autor del artículo. Debido a que las siete giran alrededor de estrellas que nacieron en la misma región aproximadamente al mismo tiempo, "ese grupo en sí es un mini-laboratorio donde podemos comparar y contrastar las arquitecturas de muchos viveros planetarios que se desarrollan simultáneamente bajo una variedad de condiciones, algo que realmente no teníamos antes, "Añadió Esposito.

De las 104 estrellas observadas, 75 no tenían un disco de un tamaño o densidad que GPI pudiera detectar, aunque bien pueden estar rodeados de restos de la formación de planetas. Se observó que otras tres estrellas albergan discos que pertenecen a la fase de evolución "protoplanetaria" anterior.

¿Cómo era nuestro sistema solar en su infancia?

La extensión de los discos de escombros varió ampliamente, pero la mayoría osciló entre 20 y 100 AU. Eran alrededor de estrellas que tenían edades comprendidas entre decenas de millones de años y algunos cientos de millones de años. un período muy dinámico para la evolución de los planetas. La mayoría eran más grandes y brillantes que el sol.

La única estrella HD 156623, que no tenía un agujero en el centro del disco de escombros era uno de los más jóvenes del grupo, que encaja con las teorías de cómo se forman los planetas. Inicialmente, el disco protoplanetario debe ser relativamente uniforme, pero a medida que el sistema envejece, los planetas se forman y barren la parte interior del disco.

"Cuando miramos los discos circunestelares más jóvenes, como discos protoplanetarios que se encuentran en una fase anterior de evolución, cuando los planetas se están formando, o antes de que los planetas hayan comenzado a formarse, hay mucho gas y polvo en las áreas donde encontramos estos agujeros en los discos de desechos más antiguos, "Dijo Esposito." Algo ha eliminado ese material con el tiempo, y una de las formas en que puedes hacerlo es con los planetas ".

Debido a que la luz polarizada de los discos de escombros teóricamente puede decirles a los astrónomos la composición del polvo, Esposito espera refinar los modelos para predecir la composición, en particular, para detectar agua, que se cree que es una condición para la vida.

Estudios como estos podrían ayudar a responder una pregunta persistente sobre nuestro propio sistema solar, Dijo Kalas.

"Si retrasa el reloj de nuestro propio sistema solar en 4.500 millones de años, ¿Cuál de estos discos éramos? ¿Eramos un anillo estrecho? ¿O éramos una mancha difusa? ", dijo." Sería genial saber cómo éramos en ese entonces para comprender nuestros propios orígenes. Esa es la gran pregunta sin respuesta ".