Por primera vez, los astrónomos han observado con detalle sin precedentes los procesos que dan lugar a estrellas y planetas en sistemas solares nacientes. Usando ambos telescopios Keck en Mauna Kea en Hawai equipados con un instrumento diseñado específicamente llamado ASTRA (ASTrométrica y Astronomía Referenciada por Fase), Joshua Eisner de la Universidad de Arizona y sus colegas pudieron mirar profundamente en discos protoplanetarios - remolinos de nubes de gas y polvo que alimenta a la estrella en crecimiento en su centro y eventualmente se unen en planetas y asteroides para formar un sistema solar. Lo que vieron fue proporcionar una idea de la forma en que el gas de hidrógeno del disco protoplanetario se incorpora a la estrella.
Para obtener la resolución extremadamente fina necesaria para observar los procesos que suceden en el límite entre la estrella y su disco circundante a 500 años luz de la Tierra, el equipo combinó la luz de los dos telescopios Keck, que proporciona una resolución angular más fina que la del Hubble . Eisner y su equipo también usaron una técnica llamada espectro-astrometría para aumentar aún más la resolución. Al medir la luz que emana de los discos protoplanetarios a diferentes longitudes de onda con los dos espejos del telescopio Keck y manipularla aún más con ASTRA, los investigadores lograron la resolución necesaria para observar los procesos en los centros de los sistemas solares nacientes.
"La resolución angular que puede lograr con el telescopio espacial Hubble es aproximadamente 100 veces más gruesa para poder ver lo que está sucediendo a las afueras de una estrella naciente no mucho más grande que nuestro sol", dijo Eisner. En otras palabras, incluso un disco protoplanetario lo suficientemente cerca como para ser considerado en la vecindad de nuestro sistema solar aparecería como una gota sin características.
Con esta nueva técnica, el equipo pudo distinguir entre las distribuciones de gas, en su mayoría formadas por hidrógeno y polvo, resolviendo así las características del disco.
"Pudimos acercarnos realmente a la estrella y mirar directamente a la interfaz entre el disco protoplanetario rico en gas y la estrella", dijo Eisner.
Los discos protoplanetarios se forman en viveros estelares cuando las nubes de moléculas de gas y partículas de polvo comienzan a colapsarse bajo la influencia de la gravedad.
Inicialmente girando lentamente, la creciente masa y gravedad de la nube hacen que se vuelva más densa y más compacta. La preservación del impulso rotativo acelera la nube a medida que se encoge, al igual que una patinadora artística gira más rápido mientras tira de sus brazos. La fuerza centrífuga aplana la nube en un disco giratorio de remolinos de gas y polvo, lo que eventualmente da lugar a planetas que orbitan su estrella en aproximadamente el mismo plano.
Los astrónomos saben que las estrellas adquieren masa al incorporar parte del gas de hidrógeno en el disco que las rodea, en un proceso llamado acreción, que puede ocurrir de dos maneras.
En un escenario, el gas se traga a medida que se arrastra hasta la superficie ardiente de la estrella.
En el segundo escenario, mucho más violento, los campos magnéticos que barren de la estrella empujan el gas que se aproxima y hacen que se acumule, creando una brecha entre la estrella y su disco circundante. En lugar de lapear en la superficie de la estrella, los átomos de hidrógeno viajan a lo largo de las líneas del campo magnético como si estuvieran en una carretera, y se sobrecalientan e ionizan en este proceso.
"Una vez atrapado en el campo magnético de la estrella, el gas se está canalizando a lo largo de las líneas de campo que se arquean por encima y por debajo del plano del disco", explicó Eisner. "El material se estrella contra las regiones polares de la estrella a altas velocidades".
En este infierno, que libera la energía de millones de bombas atómicas del tamaño de Hiroshima cada segundo, parte del flujo de gas arqueado se expulsa del disco y se arroja al espacio como viento interestelar.
"Queremos entender cómo el material se acumula en la estrella", dijo Eisner. "Este proceso nunca se ha medido directamente".
El equipo de Eisner apuntó los telescopios a 15 discos protoplanetarios con estrellas jóvenes que varían en masa entre la mitad y 10 veces la de nuestro sol.
"Podríamos discernir con éxito que en la mayoría de los casos, el gas convierte parte de su energía cinética en luz muy cerca de las estrellas", dijo, una señal reveladora del escenario de acreción más violento.
"En otros casos, vimos evidencia de vientos lanzados al espacio junto con material que se acumulaba en la estrella", agregó Eisner. "Incluso encontramos un ejemplo, alrededor de una estrella de muy alta masa, en el que el disco puede llegar hasta la superficie estelar".
Los sistemas solares que los astrónomos eligieron para este estudio aún son jóvenes, probablemente de unos pocos millones de años.
"Estos discos durarán unos millones de años más", dijo Eisner. "En ese momento, los primeros planetas, gigantes gaseosos similares a Júpiter y Saturno, pueden formarse, utilizando gran parte del material del disco".
Planetas más sólidos y rocosos como la Tierra, Venus o Marte, no estarán cerca hasta mucho después.
"Pero los componentes básicos para esos podrían estar formándose ahora", dijo, por lo que esta investigación es importante para nuestra comprensión de cómo se forman los sistemas solares, incluidos aquellos con planetas potencialmente habitables como la Tierra.
"Vamos a ver si podemos hacer mediciones similares de moléculas orgánicas y agua en discos protoplanetarios", dijo. "Esos serían los que potencialmente darían lugar a planetas con las condiciones para albergar vida".
El artículo del equipo fue publicado en el Astrophysical Journal.
Documento: Eisner et al. Gas de hidrógeno resuelto espacial y espectralmente a 0.1 UA de T Tauri y Herbig Ae / Be Stars.
Fuente: Universidad de Arizona
