Por primera vez se ha obtenido una imagen de una línea de nieve en un remoto sistema solar sumamente joven.
Por primera vez se ha obtenido una imagen
de una línea de nieve en un remoto sistema solar sumamente joven. La
línea de nieve, situada en el disco que rodea a la estrella de tipo
solar TW Hydrae, promete revelarnos más sobre la formación de planetas y
cometas, los factores que influyen en su composición y la historia de
nuestro Sistema Solar. Los resultados se publican hoy en la revista
Science Express.
Utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA),
los astrónomos han obtenido la primera imagen de una línea de nieve en
un sistema solar bebé. En la Tierra, las líneas de nieve se forman a
grandes altitudes en las que las temperaturas, al bajar, transforman la
humedad del aire en nieve. Esta línea puede verse claramente en una
montaña, en la que vemos bien delimitada la cumbre nevada y la zona en
la que comenzamos a distinguir la superficie rocosa, libre de nieve.
Las líneas de nieve en torno a estrellas jóvenes se forman de un modo
similar, en las regiones más alejadas y frías de los discos a partir de
los cuales se forman los sistemas planetarios. Comenzando en la
estrella y moviéndose hacia fuera, el agua (H2O)
es la primera en congelarse, formando la primera línea de nieve. Más
allá de la estrella, a medida que la temperatura cae, otras moléculas
más exóticas pueden llegar a congelarse y convertirse en nieve, como es
el caso del dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), y el monóxido de carbono
(CO). Estos diferentes tipos de nieve dan a los granos de polvo una
cobertura externa que ejerce como pegamento y juega un papel esencial a
la hora de ayudar a estos granos a superar su habitual tendencia a
romperse tras una colisión, permitiéndoles, por el contrario,
convertirse en piezas fundamentales para la formación de planetas y
cometas. La nieve, además, aumenta la cantidad de materia sólida
disponible y puede acelerar de forma sorprendente el proceso de
formación planetaria.
Cada una de estas diferentes líneas de nieve — para el agua, el
dióxido de carbono, el metano y el monóxido de carbono — puede estar
relacionada con la formación de diferentes tipos de planetas [1].
Alrededor de una estrella parecida a nuestro Sol, en un sistema solar
similar, la línea de nieve del agua se correspondería con la distancia
que hay entre las órbitas de Marte y Júpiter, y la línea de nieve del
monóxido de carbono se correspondería con la órbita de Neptuno.
La línea de nieve detectada por ALMA es la primera detección de una
línea de nieve de monóxido de carbono entorno a TW Hydrae, una estrella
joven que se encuentra a 175 años luz de la Tierra. Los astrónomos creen
que este incipiente sistema solar comparte muchas características con
nuestro propio Sistema Solar cuando tenía tan solo unos pocos millones
de años.
“ALMA nos ha proporcionado la primera imagen real de una línea de
nieve en torno a una estrella joven, los cual es extremadamente
emocionante, ya que esto nos habla de un periodo muy temprano en la
historia de nuestro Sistema Solar” afirma Chunhua “Charlie” Qi
(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EE.UU.) uno de
los dos autores principales del artículo. “Ahora podemos ver detalles antes ocultos sobre las lejanas regiones heladas de otro sistema solar similar al nuestro”.
Pero la presencia de monóxido de carbono podría tener consecuencias
más allá de la simple formación de planetas. El monóxido de carbono es
necesario para la formación del metanol, pieza fundamental de las
moléculas orgánicas, más complejas y esenciales para la vida. Si los
cometas transportasen estas moléculas a planetas en formación similares a
la Tierra, entonces esos planetas estarían equipados con los
ingredientes necesarios para la vida.
Hasta ahora, nunca se habían obtenido imágenes directas de las líneas
de nieve porque siempre se forman en el plano central del disco
protoplanetario, una zona relativamente estrecha, de manera que no
podían precisarse su ubicación ni su tamaño. Por encima y debajo de esta
estrecha región en la que se encuentran las líneas de nieve, la
radiación estelar impide la formación de hielos. La concentración de
polvo y gas en el plano central es necesaria para proteger el área de la
radiación, de manera que el monóxido de carbono y otros gases puedan
enfriarse y congelarse.
Con la ayuda de un truco muy ingenioso, este equipo de astrónomos
logró penetrar en el disco y mirar muy de cerca dónde se formaba la
nieve. En lugar de buscar nieve — dado que no puede observarse
directamente — buscaron una molécula conocida como diazinio (diazenylium) (N2H+),
que brilla intensamente en la parte milimétrica del espectro y es, por
tanto, un objetivo perfecto para un telescopio como ALMA. Esta frágil
molécula se destruye con facilidad en presencia de gas monóxido de
carbono, por lo que solo aparecería, en cantidades detectables, en
regiones en las que el monóxido de carbono se hubiese transformado en
nieve y no pudiese destruirlo. Esencialmente, la clave para encontrar
nieve de monóxido de carbono está en encontrar diazinio.
La extraordinaria sensibilidad de ALMA y su alta resolución han
permitido a los astrónomos rastrear la presencia y la distribución del
diazinio y encontrar un límite claro y definido, situado aproximadamente
a unas 30 unidades astronómicas de la estrella (30 veces la distancia
entre la Tierra y el Sol). De hecho, esto proporciona una imagen
negativa de la nieve de monóxido de carbono en el disco que rodea a TW
Hydrae, lo cual puede utilizarse para ver con precisión la línea de
nieve del monóxido de carbono en el lugar en que las teorías predicen
que debería estar — el borde interior del anillo de diazinio.
"Para estas observaciones tan solo utilizamos 26 de las 66
antenas que componen el total de ALMA. En otras observaciones de ALMA ya
hay indicios de líneas de nieve alrededor de otras estrellas, y estamos
convencidos de que futuras observaciones, con todo el conjunto de
antenas, revelarán mucho más y proporcionarán mucha más información
reveladora sobre la formación y evolución de los planetas. Espere y verá”, concluye Michiel Hogerheijde, del Observatorio de Leiden, en los Países Bajos.
Notas
[1] Por ejemplo, los planetas rocosos y
secos se forman en la parte interior de la línea de nieve del agua (más
cerca de la estrella), donde solo puede existir el polvo. En el otro
extremo se encuentran los planetas gigantes gaseosos, que se forman más
allá de la línea de nieve del monóxido de carbono.
Información adicional
El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
(ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración
entre Europa, América del Norte y Asia Oriental en cooperación con la
República de Chile. ALMA está financiado en Europa por ESO, en América
del Norte por la fundación Nacional de Ciencia de los Estados Unidos
(NSF) en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá
(NRC) y el Consejo Nacional de Ciencias (NSC) de Taiwán (NSC); y en Asia
Oriental por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón
(NINS) en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán. La
construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en
América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI); y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory
(JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como
de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA.
Esta investigación se presenta en el artículo que aparece en el número del 18 de julio de 2013 en la revista Science Express.
El equipo está compuesto por C. Qi (Harvard-Smithsonian Center for
Astrophysics, EE.UU.); K. I. Öberg (Departamentos de Química y
Astronomía, Universidad de Virginia, EE.UU.); D. J. Wilner
(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, EE.UU.); P. d’Alessio
(Centro de Radioastronomía y Astrofísica, Universidad Nacional Autónoma
de México, México); E. Bergin (Departamento de Astronomía, Universidad
de Michigan, EE.UU.); S. M. Andrews (Harvard-Smithsonian Center for
Astrophysics, EE.UU.); G. A. Blake (División de Ciencias Geológicas y
Planetarias, Instituto Tecnológico de California, EE.UU.); M. R.
Hogerheijde (Observatorio de Leiden, Universidad de Leiden, Países
Bajos); y E. F. van Dishoeck (Instituto Max Planck de Física
Extraterrestre, Alemania).
Qi y Öberg han sido los autores principales de este artículo.
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Imagen de ALMA de la línea de nieve del monóxido de carbono
Esta imagen de ALMA muestra la región en torno a la estrella en la que se ha formado nieve de monóxido de carbono. El monóxido de carbono se muestra en verde, y comienza a una distancia de más de 30 unidades astronómicas de TW Hydrae. Además de resultar necesario para la formación de planetas y cometas, el monóxido de carbono es fundamental para la creación de metanol, un componente básico para la vida.
Crédito:
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
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Distancia de la línea de nieve comparada con el Sistema Solar
Esta imagen, obtenida con el observatorio ALMA, en Chile, muestra en color verde la región en torno a la estrella TW Hydrae (en el centro) en la que se forma la nieve de monóxido de carbono. El círculo azul representa dónde estaría la órbita de Neptuno si la comparásemos con el tamaño de nuestro Sistema Solar. La transición a hielo de monóxido de carbono podría a su vez marcar los límites interiores de la región en la que podrían formarse cuerpos helados más pequeños, como cometas o planetas enanos como Plutón y Eris.
Crédito:
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
FUENTE.Observatorio Europeo Austral (ESO)
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