¿Qué puede enseñarnos una estrella joven sobre el nacimiento de nuestro planeta, el Sol y el Sistema Solar?

Esta imagen muestra una estrella joven llamada GM Aur comiendo partículas de gas y polvo de un disco protoplanetario, que está representado por el material verde que rodea a la estrella brillante. 
Crédito Imagen: MM Romanova.

Los astrónomos han descubierto un punto de forma extraña en la superficie de una estrella bebé a 450 millones de años luz de distancia, revelando nuevos conocimientos sobre cómo se formó nuestro Sistema Solar.

La estrella familiar en el centro de nuestro Sistema Solar ha tenido miles de millones de años para madurar y, en última instancia, proporcionarnos energía vital aquí en la Tierra. Pero hace mucho tiempo, nuestro Sol era solo una estrella bebé en crecimiento. ¿Cómo se veía el Sol cuando era tan joven? Ese ha sido un misterio durante mucho tiempo que, si se resuelve, podría enseñarnos sobre la formación de nuestro Sistema Solar, llamado así porque Sol es la palabra latina para ‘Sun’, y otros sistemas estelares formados por planetas y objetos cósmicos que orbitan estrellas. 

“Hemos detectado miles de planetas en otros sistemas estelares de nuestra galaxia, pero ¿de dónde vienen todos estos planetas? ¿De dónde vino la Tierra? Eso es lo que realmente me impulsa”, dice Catherine Espaillat, autora principal del artículo y Profesora Asociada de Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Boston. 

Un nuevo artículo de investigación publicado en Nature por Espaillat y colaboradores finalmente proporciona nuevas pistas sobre qué fuerzas estaban en juego cuando nuestro Sol estaba en su infancia, detectando, por primera vez, una mancha de forma única en una estrella bebé que revela nueva información sobre cómo crecen las estrellas jóvenes.  

El modelo de acreción estelar y los puntos calientes en la superficie de la estrella

Cuando se está formando una estrella bebé, explica Espaillat, se come polvo y partículas de gas que se arremolinan a su alrededor en lo que se llama un disco protoplanetario. Las partículas chocan contra la superficie de la estrella en un proceso llamado acreción. 

“Este es el mismo proceso por el que pasó el Sol”, dice Espaillat. 

Los discos protoplanetarios se encuentran dentro de nubes moleculares magnetizadas, que los astrónomos conocen en todo el universo como caldo de cultivo para la formación de nuevas estrellas. Se ha teorizado que los discos protoplanetarios y las estrellas están conectados por un campo magnético, y las partículas siguen el campo hasta la estrella. A medida que las partículas chocan contra la superficie de la estrella en crecimiento, se forman puntos calientes, que son extremadamente calientes y densos, en los puntos focales del proceso de acreción.

Confirmando la precisión del modelo de acreción estelar con las observaciones de la estrella GM Aur

Al observar una estrella joven a unos 450 millones de años luz de distancia de la Tierra, las observaciones de Espaillat y su equipo confirman, por primera vez, la precisión de los modelos de acreción de los astrónomos desarrollados para predecir la formación de puntos calientes. Hasta ahora, esos modelos informáticos se han basado en algoritmos que calculan cómo la estructura de los campos magnéticos dirige las partículas de los discos protoplanetarios para chocar contra puntos específicos de la superficie de las estrellas en crecimiento. Ahora, los datos observables respaldan esos cálculos.

El equipo de la BU, que incluía al estudiante graduado John Wendeborn y al investigador postdoctoral Thanawuth Thanathibodee, estudiaron de cerca una estrella joven llamada GM Aur, ubicada en la nube molecular Tauro-Auriga de la Vía Láctea. Actualmente es imposible fotografiar la superficie de una estrella tan lejana, dice Espaillat, pero otros tipos de imágenes son posibles dado que diferentes partes de la superficie de una estrella emiten luz en diferentes longitudes de onda. El equipo pasó un mes tomando instantáneas diarias de las longitudes de onda de la luz emitidas desde la superficie de GM Aur, compilando conjuntos de datos de rayos X, ultravioleta (UV), infrarrojos y luz visual. Para echar un vistazo a GM Aur, confiaron en los «ojos» del Telescopio Espacial Hubble de la NASA, el Satélite de Estudio de Exoplanetas en Tránsito (TESS), el Observatorio Swift y la Red mundial de telescopios del Observatorio Las Cumbres.

Una sorpresa al revisar los datos

Esta estrella en particular, GM Aur, hace una rotación completa en aproximadamente una semana, y en ese tiempo se espera que los niveles de brillo alcancen su punto máximo y disminuyan a medida que el punto caliente más brillante se aleja de la Tierra y luego vuelve a mirar hacia nuestro planeta nuevamente. Pero cuando el equipo alineó por primera vez sus datos uno al lado del otro, se quedaron perplejos por lo que vieron. 

“Vimos que hubo una compensación [en los datos] por un día”, dice Espaillat. En lugar de que todas las longitudes de onda de luz alcanzaran su punto máximo al mismo tiempo, la luz ultravioleta estaba en su punto más brillante aproximadamente un día antes de que todas las demás longitudes de onda alcanzaran su punto máximo. Al principio, pensaron que podrían haber recopilado datos inexactos.

“Revisamos los datos tantas veces, verificamos dos veces el tiempo y nos dimos cuenta de que no se trataba de un error”, dice. Descubrieron que el punto caliente en sí no es totalmente uniforme y tiene un área dentro que es incluso más caliente que el resto. 

«El punto caliente no es un círculo perfecto … es más como un arco con una parte del arco que es más caliente y más densa que el resto», dice Espaillat. La forma única explica la desalineación en los datos de longitud de onda de la luz. Este es un fenómeno en un punto caliente nunca antes detectado.

Conclusiones e implicaciones para el Sistema Solar

“Este [estudio] nos enseña que los puntos calientes son huellas en la superficie estelar creadas por el campo magnético”, dice Espaillat. En un momento, el Sol también tenía puntos calientes, diferentes de las manchas solares, que son áreas de nuestro Sol que son más frías que el resto de su superficie, concentradas en las áreas donde estaba comiendo partículas de un disco protoplanetario de gas y polvo circundante.

Eventualmente, los discos protoplanetarios se desvanecen, dejando atrás estrellas, planetas y otros objetos cósmicos que forman un sistema estelar, dice Espaillat. Todavía hay evidencia del disco protoplanetario que alimentó nuestro Sistema Solar, dice ella, que se encuentra en la existencia de nuestro Cinturón de Asteroides y todos los planetas.  Espaillat dice que estudiar estrellas jóvenes que comparten propiedades similares con nuestro Sol es clave para comprender el nacimiento de nuestro propio planeta. 

Este trabajo fue financiado por la NASA y la National Science Foundation.

Fuente: The Brink, Pioneering Research from Boston University.

Artículo original:What Can a Young Star Teach Us about the Birth of Our Planet, Sun, and Solar System? Jessica Colarossi. September 01, 2021.

Material relacionado

La galería de sistemas estelares polvorientos del Observatorio Gémini revela viveros de exoplanetas.

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.

Los astrónomos lanzaron la colección más grande de imágenes nítidas y detalladas de discos de escombros alrededor de estrellas jóvenes, mostrando 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.

Formación de estrellas y planetas

A)_Un artículo de introducción para público general por el equipo del Observatorio ALMA.

El polvoriento disco que rodea a HL Tauri presenta muchos anillos brillantes. Se cree que los surcos entre ellos han sido abiertos por planetas nacientes de muy temprana formación Crédito: Observatorio ALMA.

B)_ Artículo de revisión: Discos Protoplanetarios y su evolución (en profundidad)

El siguiente artículo de ‘Astrobites’ presenta en forma breve y asequible para no graduados y público interesado, una revisión sobre los Discos Protoplanetarios y su evolución, escrita por astrónomos profesionales.

Una combinación de observaciones infrarrojas basadas en el espacio, observaciones interferométricas sub-mm terrestres y avances teóricos han impulsado el campo durante las últimas 3 décadas. En un nuevo artículo de revisión, Jonathan Williams y Lucas Cieza del Instituto de Astronomía (IfA) describen la historia de vida de los discos protoplanetarios partiendo de la formación desde el colapso de las nubes moleculares hasta el estado final de un sistema planetario.

Estrella bebé se alimenta a través de remolino cósmico.

Estrella bebé se alimenta a través de remolino cósmico. Agrandar. Imagen 1: (Arriba) Imagen óptica del chorro del sistema protoestelar HH 111 obtenida por el telescopio espacial Hubble (Reipurth et al. 1999). (Abajo a la izquierda) Disco de acreción detectado con ALMA en emisión continua de polvo a 850 micrones. (Abajo en el centro) El disco se giró (desproyectó) para verse de frente, mostrando un par de tenues espirales. (Abajo a la derecha) Emisión continua promedio anual sustraída para destacar las tenues espirales del disco. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Lee et al.

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un grupo de astrónomos detectó un par de brazos en espiral en un disco de acreción alrededor de una estrella bebé. Curiosamente, estos aumentos de densidad en forma de espiral le dan al disco un aspecto de remolino espacial. Este hallazgo avala las teorías actuales del proceso de alimentación de los discos de acreción, y podría aportar información valiosa sobre los procesos de crecimiento y asentamiento de granos tan importantes para la formación de planetas. Los resultados del hallazgo se recogen en un artículo dirigido por Chin-Fei Lee, del Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica (ASIAA) de Taiwán.

Marcar el enlace permanente.

Comentarios cerrados.