Un disco protoplanetario deformado en un sistema estelar triple

Tenemos dos estudios interesantes y complementarios de GW Orionis para analizar. Ambos investigan lo que aparentemente es un disco formador de planetas con múltiples anillos desalineados alrededor de este sistema estelar triple. Está a unos 1300 años luz del Sol. En el más reciente de los dos, Stefan Kraus (Universidad de Exeter) y sus colegas utilizaron datos tanto del ALMA y del VLT de ESO. Detectaron gas caliente en el borde interior de el anillo desalineado, que se ha desprendido del disco más grande. También observaron la luz dispersa de la superficie deformada del disco.

El sistema triple GW Orionis

Entonces, ¿qué podría estar pasando en GW Orionis? Lo que revelan las imágenes es un sistema joven en evolución muy diferente al nuestro. Considere: las estrellas internas GW Ori A y GW Ori B se orbitan entre sí con una separación de apenas 1 AU. La tercera estrella, GW Ori C, orbita las estrellas internas a una distancia de aproximadamente 8 AU. Está en una órbita que no está alineada con el plano del dúo interior. En nuestro Sistema Solar, estamos acostumbrados a planetas que se mueven aproximadamente en el mismo plano alrededor del Sol. Aquí vemos un disco protoplanetario deformado que puede producir un resultado completamente diferente.

Representación de la estructura del disco y la órbita estelar del triple sistema GW Orionis. Se deriva de las observaciones de ALMA y VLT de Kraus et al. Los anillos naranjas son los anillos (desalineados) vistos por ALMA. Las superficies transparentes corresponden a los filamentos de polvo de menor densidad que conectan los anillos y que dominan la emisión en luz dispersa. 
Crédito: Kraus et al., 2020; NRAO / AUI / NSF.

Qué lugar tan intrigante para estudiar la formación de planetas y reflexionar sobre los escenarios a medida que el sistema evoluciona. Los datos de ALMA revelan tres anillos separados con diferentes orientaciones, ubicados a 46, 185 y 340 AU del baricentro del sistema. El anillo interior está desalineado en relación no solo con los dos anillos exteriores sino también con las tres estrellas. Kraus dice:

“En nuestras imágenes, vemos la sombra del anillo interior en el disco exterior. Al mismo tiempo, ALMA nos permitió medir la forma precisa del anillo que proyecta la sombra. La combinación de esta información nos permite derivar la orientación tridimensional del anillo desalineado y de la superficie del disco deformada «.

Una nueva perspectiva de planetas en sistemas estelares múltiples

Observaciones de GW Orionis, un sistema de estrellas triples con una región interior peculiar, revelaron que tiene un disco protoplanetario deformado con un anillo desalineado. La imagen de la derecha es del instrumento SPHERE en el Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral. Permitió a los astrónomos ver, por primera vez, las sombras que este anillo arroja sobre el resto del disco. Esto ayudó a los investigadores a descubrir la forma 3D del anillo y el disco en general. 
El panel de la izquierda muestra una impresión artística de la región interna del disco, incluido el anillo. Se basa en la forma 3D reconstruida por el equipo.
Crédito: ESO / L. Calçada, Exeter / Kraus et al.

Los planetas bien podrían emerger aquí, y la investigación indica que el anillo interior contiene alrededor de 30 masas terrestres de polvo. Lo intrigante es que los planetas que se formen dentro del anillo interno orbitarán de manera muy oblicua a una amplia separación de la estrella. Tenga en cuenta que ahora se cree que más de la mitad de las estrellas de la galaxia nacen con una o más estrellas compañeras. Esto crea la perspectiva de una gran población de planetas en órbitas distantes y muy inclinadas.

Explicando la desalineación de los discos

El equipo ha examinado GW Orionis durante más de 11 años, mapeando las interacciones gravitacionales entre las tres estrellas durante un período orbital completo. Está claro que las órbitas estelares están desalineadas entre sí y con el disco. Estamos obteniendo confirmación aquí a través de observaciones y simulaciones por computadora de que está en juego un ‘efecto de desgarro del disco’ teórico. Este emerge de la atracción gravitacional de las tres estrellas y hace que el disco se rompa en anillos separados. La observación de la sombra que proyecta el anillo interior sobre el resto del disco fue útil. Nos permitió calcular la forma del anillo y la estructura general del disco. Además, la forma del anillo interior coincide con las predicciones de cómo las interacciones gravitacionales desgarrarían el disco original.

 
ALMA y el instrumento SPHERE del Very Large Telescope obtuvieron imágenes de GW Orionis, un sistema de estrellas triples con una región interior peculiar. 
A diferencia de los discos planos formadores de planetas que vemos alrededor de muchas estrellas, GW Orionis presenta un disco deformado. La deformación es por los movimientos de las tres estrellas en su centro. La imagen de ALMA (izquierda) muestra la estructura anillada del disco, con el anillo más interno separado del resto del disco. Las observaciones de SPHERE (derecha), repetidas aquí para comparar, permitieron ver por primera vez la sombra de este anillo interno en el resto del disco. Esto permitió reconstruir su extraña forma. 
Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), ESO / Exeter / Kraus et al.

El segundo estudio sugiere un nuevo protagonista

El segundo equipo, dirigido por Jiaqing Bi (Universidad de Victoria, Canadá), también utilizó datos de ALMA para observar la misma desalineación del disco. Publicaron su artículo en Mayo. Este trabajo confirma que el anillo interior está desalineado con respecto al anillo exterior y las tres estrellas. El anillo exterior es el más grande observado hasta ahora en discos de este tipo. Ambos equipos utilizaron simulaciones por computadora para examinar las causas de la desalineación. El equipo de Bi sugirió una posibilidad que no surge en el artículo de Klaus. A continuación el comentario de la miembro del equipo Nienke van der Marel (Universidad de Victoria).

Nuestras simulaciones muestran que la atracción gravitacional de las estrellas triples por sí sola no puede explicar la gran desalineación observada. Creemos que la presencia de un planeta entre estos anillos es necesaria para explicar por qué se rompió el disco. Es probable que este planeta haya creado una brecha de polvo y haya roto el disco en la ubicación de los anillos internos y externos actuales «.

Conclusión

Un planeta así sería el primero observado en orbitar tres estrellas. Además, del ejemplo de GW Orionis queda claro que agrupaciones estelares como esta pueden causar estragos en la forma de un disco protoplanetario. Producen sin duda mundos en órbitas muy inclinadas alrededor de múltiples estrellas. “Predecimos que muchos planetas en órbitas oblicuas de amplia separación serán descubiertos en futuras campañas de imágenes de planetas”. Afirmación del coautor de Kraus y colega de Exeter, Alexander Kreplin.

El paper es: Kraus et al.,  Kraus et al., “A triple star system with a misaligned and warped circumstellar disk shaped by disk tearing” Science Vol. 369, Issue 6508 (4 September 2020), pp. 1233-1238 (abstract). The Bi paper is “GW Ori: Interactions Between a Triple Star System and Its Circumtriple Disk in Action,” Astrophysical Journal Letters Vol. 895, No. 1 (21 May 2020), Abstract.

Fuente: Centaury Dreams.

Artículo original: «A Deformed Protoplanetary Disk in a Triple Star System«. Paul Gilster. September 4, 2020.

Material relacionado

Vista de ALMA y SPHERE de GW Orionis (superpuestas). ALMA y el instrumento SPHERE del Very Large Telescope de ESO permitieron obtener estas imágenes de GW Orionis. A diferencia de los discos protoplanetarios planos observados alrededor de muchas estrellas, GW Orionis tiene un disco alabeado. Está deformado por los movimientos de las tres estrellas que alberga en el centro. Esta Imagen compuesta combina las observaciones de ALMA y SPHERE realizadas por Stefan Kraus y su equipo. La imagen de ALMA (en azul) muestra la estructura en anillos. El anillo más céntrico (en parte visible como un ovoide en el centro de la imagen) está separado del resto del disco. Las observaciones de SPHERE (en rojo y naranja) permitieron detectar por primera vez la sombra del anillo interno sobre el resto del disco. De esta manera, reconstituyeron su forma curva.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), ESO/Exeter/Kraus et al.

El comunicado de ALMA:

El Comunicado Científico de ESO:

Esta simulación informática muestra la evolución del sistema GW Orionis. Los científicos creen que el disco que hay alrededor de las tres estrellas del sistema era inicialmente plano, al igual que el disco de formación de planetas que vemos alrededor de muchas estrellas. Su simulación muestra que la desalineación en las órbitas de las tres estrellas hizo que el disco que hay a su alrededor se rompiera, dividiéndose en distintos anillos, y eso es exactamente lo que ven en las observaciones del sistema.
Crédito: Exeter/Kraus et al.

Una selección de recursos sobre discos protoplanetarios, que incluye artículos, links a revistas y sitios web especializados, bibliografía, videos y algunos casos notables se encuentra en:

Galería de Discos Protoplanetarios

Esta figura muestra los anillos de polvo alrededor de estrellas jóvenes capturadas por el Sondeo de Exoplaneta Gemini Planet Imager, o GPIES. 
Los anillos muestran una diversidad de formas y tamaños, hechos más extremos por las diferentes proyecciones de los anillos en el cielo. 
Crédito imagen: UC Berkeley / Thomas Esposito.

A)_ Del Observatorio Gemimi Sur

La colección más grande de imágenes nítidas y detalladas de discos de escombros alrededor de estrellas jóvenes. Muestra la gran variedad de formas y tamaños de sistemas estelares durante sus primeros años de formación de planetas. Sorprendentemente, casi todos mostraron evidencia de planetas.

Las imágenes fueron obtenidas durante un período de cuatro años por un instrumento de precisión, el Gemini Planet Imager (GPI), montado en el telescopio Gemini Sur de 8 metros, en Chile. El GPI utiliza un sistema de óptica adaptativa de última generación para eliminar el desenfoque atmosférico. Proporciona así, las imágenes más nítidas hasta la fecha de muchos de estos discos. El siguiente artículo lo presenta.

B)_ De ALMA y el VLA

Protoestrellas observadas en las nubes moleculares de Orión
La imagen muestra las nubes moleculares de Orión observadas durante el estudio VANDAM. Los puntos amarillos muestran la ubicación de las protoestrellas observadas en una imagen de fondo azul generada por el telescopio espacial Herschel. Los recuadros muestran nueve jóvenes protoestrellas vistas con ALMA (en azul) y con el VLA (en naranja).
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Tobin; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello; Herschel/ESA

Los astrónomos usaron dos de los radiotelescopios más poderosos del mundo, ALMA y el VLA, para generar más de 300 imágenes de discos protoplanetarios. Estos rodean jóvenes estrellas de las nubes de Orión. Estas imágenes revelan nuevos detalles sobre los lugares donde se forman los planetas y las primeras etapas de los procesos de formación estelar. Lo expone el artículo siguiente

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