Un sondeo pionero revela los secretos del nacimiento de los planetas alrededor de docenas de estrellas

En una serie de estudios, un equipo de astrónomos y astrónomas ha arrojado nueva luz sobre el fascinante y complejo proceso de formación de planetas. Las impresionantes imágenes, captadas con el Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) en Chile, representan uno de los mayores estudios jamás realizados sobre discos de formación planetaria. La investigación reúne observaciones de más de 80 estrellas jóvenes que podrían tener planetas formándose a su alrededor, proporcionando a los astrónomos una gran cantidad de datos y conocimientos únicos sobre cómo surgen los planetas en diferentes regiones de nuestra galaxia.

Esta investigación reúne observaciones de más de 80 estrellas jóvenes que podrían tener planetas formándose a su alrededor en espectaculares discos. Esta pequeña selección del sondeo muestra 10 discos de las tres regiones de nuestra galaxia observadas en los artículos. V351 Ori y V1012 Ori se encuentran en la más distante de las tres regiones, la nube rica en gas de Orión, a unos 1600 años luz de la Tierra. DG Tau, T Tau, HP Tau, MWC758 y GM Aur se encuentran en la región de Tauro, mientras que HD 97048, WW Cha y SZ Cha están en Camaleón I, todas a unos 600 años luz de la Tierra. Las imágenes que se muestran fueron captadas con el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. El sistema de óptica adaptativa extrema de última generación de SPHERE, corrige los efectos turbulentos generados por la atmósfera de la Tierra, produciendo imágenes nítidas de los discos que rodean a las estrellas. Las estrellas han sido cubiertas con un coronógrafo, una máscara circular que bloquea su intenso resplandor, revelando los débiles discos a su alrededor. En esta composición, los discos han sido escalados para que parezcan aproximadamente del mismo tamaño. Crédito: ESO/C. Ginski, A. Garufi, P.-G. Valegård et al.

«Esto supone un cambio fundamental en nuestro campo de estudio», afirma Christian Ginski, profesor de la Universidad de Galway (Irlanda), y autor principal de uno de los tres nuevos artículos publicados en Astronomy & Astrophysics. «Hemos pasado del intenso estudio de sistemas estelares individuales a esta enorme visión general de regiones enteras de formación estelar».

Hasta la fecha, se han descubierto más de 5000 planetas orbitando estrellas distintas del Sol, a menudo dentro de sistemas marcadamente diferentes de nuestro propio Sistema Solar. Para comprender dónde y cómo surge esta diversidad, la comunidad astronómica debe observar los discos ricos en polvo y gas que envuelven a las estrellas jóvenes, las cunas mismas de la formación de planetas. Estos se detectan mejor en enormes nubes de gas donde se están formando las propias estrellas.

Discos de formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes y su ubicación dentro de la nube rica en gas de Orión, a unos 1600 años luz de la Tierra. Las fascinantes imágenes de los discos fueron captadas utilizando el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. En total, el equipo observó 23 estrellas en la región de Orión, detectando discos de formación planetaria alrededor de 10 de ellas. La apariencia desigual de algunos de los discos en esta región podría sugerir que los planetas masivos están incrustados en ellos, ya que podrían hacer que los discos se deformen y estén desalineados. La imagen de fondo muestra una vista infrarroja de Orión captada por el Infrared Astronomical Satellite (IRAS, Satélite Astronómico Infrarrojo). Crédito: ESO/P.-G. Valegård et al.; IRAS

Al igual que ocurre con los sistemas planetarios maduros, las nuevas imágenes muestran la extraordinaria diversidad de discos de formación planetaria. «Algunos de estos discos muestran enormes brazos espirales, presumiblemente impulsados por el intrincado ballet de planetas en órbita», declara Ginski. «Otros muestran anillos y grandes surcos generados por la formación de planetas, mientras que otros parecen lisos y casi inactivos en medio de todo este ajetreo de actividad», añade Antonio Garufi, astrónomo del Observatorio de Astrofísica de Arcetri del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia (INAF), y autor principal de uno de los artículos.

El equipo estudió un total de 86 estrellas en tres regiones diferentes de formación estelar de nuestra galaxia: Tauro y Camaleón I (ambas a unos 600 años luz de la Tierra) y Orión (una nube rica en gas a unos 1.600 años luz de nosotros que se sabe que es el lugar de nacimiento de varias estrellas más masivas que el Sol). Las observaciones fueron recopiladas por un gran equipo internacional, compuesto por científicos y científicas de más de 10 países.

Discos de formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes y su ubicación dentro de la nube rica en gas de Tauro, a unos 600 años luz de la Tierra. Las impresionantes imágenes de los discos fueron captadas utilizando el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. En total, el equipo observó 43 estrellas en la región de Tauro. Todas ellas se muestran en la imagen (aunque solo se detectaron discos de formación planetaria en 39 de estos objetos). La imagen de fondo muestra una vista infrarroja de Tauro captada por el Infrared Astronomical Satellite (IRAS, Satélite Astronómico Infrarrojo). Crédito: ESO/A.Garufi et al.; IRAS

El equipo pudo extraer varias conclusiones clave del conjunto de datos. Por ejemplo, en Orión descubrieron que las estrellas en grupos de dos o más tenían menos probabilidades de tener grandes discos de formación planetaria. Este es un resultado significativo dado que, a diferencia de nuestro Sol, la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia tienen compañeras. Además, la apariencia desigual de los discos en esta región sugiere la posibilidad de la presencia de planetas masivos incrustados dentro de ellos, lo que podría estar causando que los discos se deformen y estén desalineados.

Aunque los discos de formación planetaria pueden extenderse a distancias cientos de veces mayores que la distancia entre la Tierra y el Sol, su ubicación a varios cientos de años luz de nosotros los hace aparecer como pequeños puntos en el cielo nocturno. Para observar los discos, el equipo empleó el sofisticado instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. El sistema de óptica adaptativa extrema de última generación de SPHERE, corrige los efectos turbulentos generados por la atmósfera de la Tierra, produciendo imágenes nítidas de los discos. Esto significa que el equipo pudo obtener imágenes de discos alrededor de estrellas con masas tan bajas como la mitad de la masa del Sol, objetos que suelen ser demasiado débiles para la mayoría de los instrumentos disponibles en la actualidad. Además, se obtuvieron datos adicionales para el sondeo utilizando el instrumento X-shooter del VLT, lo cual permitió a los equipos determinar la edad y la masa de las estrellas. Por otro lado, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del que ESO es socio, proporcionó al equipo información sobre la cantidad de polvo que rodea a algunas de las estrellas.

Discos de formación planetaria alrededor de estrellas jóvenes y su ubicación dentro de la nube rica en gas de Camaleón I, a unos 600 años luz de la Tierra. Las impresionantes imágenes de los discos fueron captadas utilizando el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. En total, el equipo observó 20 estrellas en la región de Camaleón I, detectando alrededor de 13 discos. La imagen de fondo muestra una vista infrarroja del Camaleón I captada por el Observatorio Espacial Herschel. Crédito: ESO/C. Ginski et al.; ESA/Herschel

A medida que avanza la tecnología, el equipo espera profundizar aún más en el corazón de los sistemas de formación de planetas. El gran espejo de 39 metros del próximo Telescopio Extremadamente Grande (ELT) de ESO, por ejemplo, les permitirá estudiar las regiones más internas alrededor de las estrellas jóvenes, donde podrían estar formándose planetas rocosos como el nuestro.

Por ahora, estas espectaculares imágenes proporcionan un tesoro de datos para ayudar a desentrañar los misterios de la formación de planetas. «Es casi poético que los procesos que marcan el inicio del viaje hacia la formación de planetas y, en última instancia, la vida en nuestro propio Sistema Solar, sean tan hermosos», concluye Per-Gunnar Valegård, estudiante de doctorado en la Universidad de Ámsterdam (Países Bajos), quien dirigió el estudio de Orión. Valegård, que también es profesor a tiempo parcial en la Escuela Internacional Hilversum de los Países Bajos, espera que las imágenes inspiren a su alumnado para que, en el futuro, se conviertan en científicos y científicas.

Esta composición muestra el disco de formación planetaria MWC 758, ubicado a unos 500 años luz de distancia, en la región de Tauro, visto con dos herramientas diferentes. El color amarillo representa las observaciones infrarrojas obtenidas con el instrumento SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch, búsqueda de exoplanetas con espectropolarimetría de alto contraste), instalado en el VLT de ESO. Las regiones azules, por otro lado, corresponden a observaciones realizadas con el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del que ESO es socio. Estas instalaciones permiten a la comunidad astronómica mapear cómo se distribuye el polvo alrededor de esta y otras estrellas de maneras diferentes pero complementarias. SPHERE capta la luz de la estrella anfitriona que ha sido dispersada por el polvo que la rodea, mientras que ALMA registra la radiación emitida directamente por el propio polvo. Estas observaciones combinadas ayudan a la comunidad astronómica a comprender cómo pueden formarse los planetas en los discos polvorientos que rodean a las estrellas jóvenes. Crédito: ESO/A. Garufi et al.; R. Dong et al.; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentada en tres artículos que aparecen en la revista Astronomy & Astrophysics. Los datos presentados fueron recopilados como parte del programa de tiempo garantizado del consorcio SPHERE, así como del programa DESTINYS (Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars, estudio de la evolución de los discos a través de la obtención de imágenes de estrellas jóvenes cercanas) de ESO.

“The SPHERE view of the Chamaeleon I star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs” (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244005)

El equipo está compuesto por C. Ginski (Universidad de Galway, Irlanda; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]; Instituto de Astronomía Anton Pannekoek, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos [API]); R. Tazaki (API); M. Benisty (Universidad Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Francia [Grenoble]); A. Garufi (INAF, Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia); C. Dominik (API); Á. Ribas (Observatorio Europeo Austral, Chile [ESO Chile]); N. Engler (ETH Zúrich, Instituto de Física de Partículas y Astrofísica, Suiza); J. Hagelberg (Observatorio de Ginebra, Universidad de Ginebra, Suiza); R. G. van Holstein (ESO Chile); T. Muto (División de Artes Liberales, Universidad de Kogakuin, Japón); P. Pinilla (Instituto Max-Planck de Astronomía, Alemania [MPIA]; Laboratorio Mullard de Ciencias Espaciales, University College de Londres, Reino Unido); K. Kanagawa (Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias, Instituto de Tecnología de Tokio, Japón); S. Kim (Departamento de Astronomía, Universidad de Tsinghua, China); N. Kurtovic (MPIA); M. Langlois (Centro de Investigación en Astrofísica de Lyon, CNRS, UCBL, Francia); J. Milli (Grenoble); M. Momose (Facultad de Ciencias, Universidad de Ibaraki, Japón [Ibaraki]); R. Orihara (Ibaraki); N. Pawellek (Departamento de Astrofísica, Universidad de Viena, Austria); T. O. B. Schmidt (Observatorio de Hamburgo, Alemania); F. Snik (Leiden) y Z. Wahhaj (ESO Chile).

“The SPHERE view of the Taurus star-forming region: The full census of planet-forming disks with GTO and DESTINYS programs” (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202347586)

El equipo está compuesto por A. Garufi (INAF, Observatorio Astrofísico di Arcetri, Italia [INAF Arcetri]); C. Ginski (Universidad de Galway, Irlanda); R. G. van Holstein (Observatorio Europeo Austral, Chile [ESO Chile]); M. Benisty (Laboratorio Lagrange, Universidad de la Costa Azul, Observatorio de la Costa Azul, CNRS, Francia; Universidad Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Francia [Grenoble]); C. F. Manara (Observatorio Europeo Austral, Alemania); S. Pérez (Núcleo Milenio sobre Exoplanetas Jóvenes y sus Lunas [YEMS]; Departamento de Física, Universidad de Santiago de Chile, Chile [Santiago]); P. Pinilla (Laboratorio Mullard de Ciencias Espaciales, University College de Londres, Reino Unido); A. Ribas (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido); P. Weber (YEMS, Santiago); J. Williams (Instituto de Astronomía, Universidad de Hawái, EE.UU.); L. Cieza (Instituto de Estudios Astrofísicos, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile [Diego Portales]; YEMS), C. Dominik (Instituto de Astronomía Anton Pannekoek, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos [API]); S. Facchini (Departamento de Física, Universidad de Estudios de Milán, Italia); J. Huang (Departamento de Astronomía, Universidad de Columbia, EE.UU.); A. Zurlo (Diego Portales; YEMS); J. Bae (Departamento de Astronomía, Universidad de Florida, Estados Unidos), J. Hagelberg (Observatorio de Ginebra, Universidad de Ginebra, Suiza); Th. Henning (Instituto Max Planck de Astronomía, Alemania [MPIA]); M. R. Hogerheijde (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos; API); M. Janson (Departamento de Astronomía, Universidad de Estocolmo, Suecia); F. Ménard (Grenoble); S. Messina (INAF – Observatorio Astrofísico de Catania, Italia); M. R. Meyer (Departamento de Astronomía, Universidad de Michigan, EE.UU.); C. Pinte (Facultad de Física y Astronomía, Universidad de Monash, Australia; Grenoble); S. Quanz (ETH Zúrich, Departamento de Física, Suiza [Zürich]); E. Rigliaco (Observatorio Astronómico de Padua, Italia [Padova]); V. Roccatagliata (INAF Arcetri); H. M. Schmid (Zürich); J. Szulágyi (Zürich); R. van Boekel (MPIA); Z. Wahhaj (ESO Chile); J. Antichi (INAF Arcetri); A. Baruffolo (Padua) y T. Moulin (Grenoble).

“Disk Evolution Study Through Imaging of Nearby Young Stars (DESTINYS): The SPHERE view of the Orion star-forming region” (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202347452)

El equipo está compuesto por P.-G. Valegård (Instituto Anton Pannekoek de Astronomía, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos [API]); C. Ginski (Universidad de Galway, Irlanda); A. Derkink (API); A. Garufi (INAF, Observatorio Astrofísico de Arcetri, Italia); C. Dominik (API); Á. Ribas (Instituto de Astronomía, Universidad de Cambridge, Reino Unido); J. P. Williams (Instituto de Astronomía, Universidad de Hawái, EE.UU.); M. Benisty (Universidad de Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Francia); T. Birnstiel (Observatorio Universitario, Facultad de Física, Universidad de Múnich Ludwig-Maximilian, Alemania [LMU]; Clúster de Excelencia ORIGINS, Alemania); S. Facchini (Departamento de Física, Universidad de Estudios de Milán, Italia); G. Columba (Departamento de Física y Astronomía «Galileo Galilei» – Universidad de Padua, Italia; INAF – Observatorio Astronómico de Padua, Italia); M. Hogerheijde (API; Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países Bajos [Leiden]); R. G. van Holstein (Observatorio Europeo Austral, Chile); J. Huang (Departamento de Astronomía, Universidad de Columbia, EE.UU.); M. Kenworthy (Leiden); C. F. Manara (Observatorio Europeo Austral, Alemania); P. Pinilla (Laboratorio Mullard de Ciencias Espaciales, University College de Londres, Reino Unido); Ch. Rab (LMU; Instituto Max-Planck de Física Extraterrestre, Alemania); R. Sulaiman (Departamento de Física, Universidad Americana de Beirut, Líbano); A. Zurlo (Instituto de Estudios Astrofísicos, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile; Escuela de Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias, Universidad Diego Portales, Chile; Núcleo Milenio sobre Exoplanetas Jóvenes y sus Lunas).

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El conjunto ALMA, (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) es una instalación astronómica internacional fruto de la colaboración entre ESO, la Fundación Nacional para la Ciencia de EE.UU. (NSF, National Science Foundation) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS, National Institutes of Natural Sciences) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus países miembros; por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC, National Research Council) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC, National Science and Technology Council) de Taiwán, y por el NINS, en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI, Korea Astronomy and Space Science Institute). La construcción y operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus países miembros; por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO, National Radio Astronomy Observatory), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de América del Norte; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ, National Astronomical Observatory of Japan) en representación de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operaciones de ALMA.

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