Se completa la imagen del disco de escombros de Fomalhaut

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Imagen compuesta de Fomalhaut

Imagen compuesta del sistema estelar Fomalhaut. La información tomada por ALMA se muestra en color naranjo. En azul se muestran las observaciones hechas por el telescopio Hubble. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. MacGregor; NASA/ESA Hubble, P. Kalas; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF).

Un equipo internacional de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para producir la primera imagen completa, en longitudes de onda milimétricas, del anillo de escombros que rodea la joven estrella Fomalhaut. Esta franja de escombros y gas extraordinariamente bien definida es probablemente el resultado de exocometas que chocaron unos con otros en los límites externos de un sistema planetario situado a 25 años-luz de la Tierra. Estas observaciones permitieron establecer analogías con los cometas de nuestro propio Sistema Solar.

Las imágenes de Fomalhaut obtenidas anteriormente con ALMA –en 2012, cuando el telescopio aún se encontraba en construcción– mostraban aproximadamente la mitad del disco de escombros. Si bien se había obtenido en un ensayo de la capacidad inicial de ALMA, esa imagen ya había proporcionado indicios muy interesantes sobre la naturaleza y el posible origen del disco.

Las nuevas observaciones de ALMA aportaron ahora una asombrosa vista de la brillante franja de escombros en su totalidad, y revelaron similitudes químicas entre su contenido helado y los cometas de nuestro Sistema Solar.

“ALMA nos proporcionó esta imagen extraordinariamente nítida de un disco de escombros totalmente formado”, celebra Meredith MacGregor, astrónoma del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, en Cambridge (Massachusetts, EE.UU.), y autora principal de uno de dos artículos donde se describen estas observaciones. “Por fin podemos ver la forma bien definida de este disco, que podría proporcionarnos bastante información sobre el sistema planetario donde se originó, y que es responsable por su apariencia tan característica”.

Fomalhaut es un sistema estelar relativamente cercano, y uno de unos 20 sistemas con planetas de los cuales se han obtenido imágenes directas. El sistema tiene aproximadamente 440 millones de años, o cerca de un décimo de la edad del Sistema Solar.

Tal como se aprecia en la nueva imagen de ALMA, a unos 20.000 millones de kilómetros de la estrella se formó una brillante franja de polvo helado de aproximadamente 2.000 millones de kilómetros de extensión.

Los discos de escombros alrededor de las estrellas jóvenes son un fenómeno común, correspondientes a períodos dinámicos y caóticos de la historia de los sistemas solares. Los astrónomos creen que se forman durante las colisiones de cometas y otros planetesimales en las partes externas de sistemas solares jóvenes. Los escombros remanentes absorben la luz de la estrella central y reemiten esa energía en forma de un tenue brillo en longitudes de onda milimétricas que pueden ser observadas con ALMA.

Con los nuevos datos recabados por ALMA y un detallado modelo informático, los investigadores pudieron calcular con precisión el emplazamiento, el ancho y las características geométricas del disco. Estos parámetros confirmaron que un anillo tan angosto probablemente sea el resultado de la influencia gravitacional de los planetas del sistema, explica MacGregor.

Las nuevas observaciones de ALMA también son las primeras en mostrar claramente un brillo apocéntrico, un fenómeno predicho en 2016 en un artículo firmado por Margaret Pan, investigadora del Instituto de Tecnología de Massachusetts, de Cambridge, quien también es coautora de los nuevos artículos de ALMA. Al igual que cualquier objeto con órbita alargada, el material polvoriento del disco de Fomalhaut se desplaza más lentamente cuando se encuentra más lejos de la estrella. A medida que disminuye su velocidad, el polvo se acumula y forma densas concentraciones en las partes más distantes del disco. Estas densas áreas son detectadas por ALMA como emisiones milimétricas más brillantes.

Imagen de ALMA de Fomalhaut

Imagen de ALMA del disco de escombros en el sistema Fomalhaut. El punto central es la emisión sin resolver de la estrella. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. MacGregor.

Al usar los mismos datos de ALMA pero centrándose en claras señales milimétricas emitidas naturalmente por las moléculas del espacio, los investigadores también pudieron detectar grandes nubes de gas de monóxido de carbono precisamente en el mismo lugar que el disco de escombros.

“Estos datos nos permitieron determinar que la abundancia relativa de monóxido de carbono y de dióxido de carbono alrededor de Fomalhaut es más o menos la misma que la que se observa en los cometas de nuestro Sistema Solar”, explica Luca Matrà, investigador de la Universidad de Cambridge (Reino Unido) y autor principal del segundo artículo publicado por el equipo. “Esta similitud química permite establecer una analogía con las condiciones que propician la formación de cometas en las zonas externas de este sistema planetario y el nuestro”. Matrà y sus colegas creen que este gas es liberado durante constantes colisiones de cometas, o bien es el resultado de un único y gran impacto de supercometas cientos de veces más masivos que el Hale-Bopp.

La presencia de este disco de escombros bien definido alrededor de Fomalhaut, sumada a su composición química particularmente familiar, podría ser un indicio de que este sistema está experimentando su propia versión del Último Bombardeo Intenso, un período ocurrido hace aproximadamente 4.000 millones de años, cuando la Tierra y otros planetas recibían frecuentes embestidas de asteroides y cometas que sobraron del proceso de formación del Sistema Solar.

“Hace veinte años, los mejores telescopios milimétricos produjeron los primeros mapas borrosos de los granos de polvo que orbitaban alrededor de Fomalhaut. Ahora, con ALMA funcionando a plena capacidad, se obtuvo una imagen del anillo entero”, comenta Paul Kalas, astrónomo de la Universidad de California (Berkeley) e investigador principal de una de estas observaciones. “Esperamos detectar un día los planetas que ejercen influencia sobre las órbitas de estos granos”.

Los artículos “A complete ALMA map of the Fomalhaut debris disk” y “Detection of exocometary CO within the 440MYR-old Fomalhaut belt: A similar CO+CO2 ice abundance in exocomets and solar system comets” serán publicados en The Astrophysical Journal.

Fuente: ALMA

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