Detecta estrellas jóvenes y sus discos protoplanetarios

Imagínese caminando a través de una niebla densa y brumosa en medio de la noche, viendo motas de luz de automóviles y ciudades resplandecientes en la distancia. Es casi imposible saber si las luces están en lo profundo de la niebla o más allá. Los astrónomos que intentan encontrar estrellas jóvenes enfrentan un problema similar: la luz de las estrellas que cazan brilla a través de grandes regiones de gas y polvo nebuloso en el espacio llamadas nubes moleculares.

Pero el corazón de estas nubes es a menudo tierra fértil para jóvenes estrellas y los planetas, los lugares perfectos para tratar de comprender cómo se forman los cuerpos celestes, suponiendo que los astrónomos puedan ver lo que sucede a través de la oscuridad.

Ahora, un grupo de científicos del departamento de astronomía de BU ha encontrado una forma económica de atravesar la niebla. Desarrollaron un nuevo método que mide el desenfoque de la nube de polvo y les permite detectar la presencia de estructuras de formación de planetas, conocidas como discos protoplanetarios: discos de gas y polvo que están presentes alrededor de las estrellas jóvenes y proporcionan el material para que se formen los planetas. Usaron su técnica para obtener una visión más completa dentro de una nube de polvo molecular ubicada a 450 años luz de la Tierra en la constelación de Tauro. Allí, un sistema de dos estrellas todavía está en su infancia, sus discos protoplanetarios aún están presentes y probablemente creen varios planetas nuevos.

“En realidad estamos tratando de mirar a través de la neblina de la nube para ver qué hacen estas estrellas, son como linternas que brillan a través de la nube”, dice Dan Clemens, profesor de la Facultad de Artes y Ciencias y titular de una una cátedra de astronomía y autora principal de un artículo que describe las técnicas utilizadas para observar más de cerca los discos de estrellas que forman planetas. Los hallazgos fueron publicados en El diario astrofísico.

Los científicos no saben exactamente cómo se forman las estrellas y los planetas, aunque conocen algunos de los ingredientes, incluidos el gas, el polvo, la gravedad y los campos magnéticos, por lo que el estudio de sistemas como este puede proporcionar información sobre cómo se desarrolla el proceso. En la nube de Tauro, una estrella joven de baja masa y una enana marrón orbitan entre sí cada 500.000 años. Una enana marrón a veces se llama estrella fallida porque no fusiona hidrógeno y helio como lo hacen las estrellas más brillantes. La enana marrón y la estrella joven están rodeadas de discos protoplanetarios.

El equipo de BU examinó por primera vez los discos en la nube de Tauro cuando Anneliese Rilinger, una estudiante graduada de quinto año en el departamento de astronomía de BU, comenzó a estudiar el sistema estelar usando ondas de radio recogidos por el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), el radiotelescopio más grande del mundo. Rilinger tenía ya publicó un estudio con Catherine Espaillat, profesora asociada de astronomía de CAS y coautora del nuevo artículo, examinando los discos que rodean a las estrellas y realizando un modelado detallado de las estructuras de los discos.

Su trabajo usando ondas de radio despertó el interés de Clemens, quien luego partió con el resto de su equipo, incluidos Rilinger, Espaillat y el investigador principal de la BU, Thushara Pillai, para probar las observaciones de Rilinger en el mismo sistema usandoluz infrarroja– una longitud de onda más corta que las ondas de radio, justo más allá de lo que el ojo humano puede detectar por sí mismo. Querían demostrar que era posible modelar con precisión las ubicaciones de los discos utilizando herramientas alternativas y, por lo tanto, más accesibles.

Cuando las estrellas emiten luz, no está polarizada (lo que significa que las ondas de luz van en más de una dirección). Pero cuando la luz atraviesa la densa nube molecular, esa luz se polariza (las ondas de luz oscilan en una dirección) debido a las propiedades de los granos de polvo y la campo magnético integrado en la nube. Los investigadores utilizaron un polarímetro de infrarrojo cercano en el Observatorio del Telescopio Perkins de BU para medir la polarización de la luz que pasa a través de la nube. Medir la polarización permitió al equipo de investigación ver las firmas de las estrellas, lo que podría indicarles la orientación de los discos. Entonces, el desafío era cómo sustraer los efectos de la nube circundante para determinar la naturaleza exacta de la luz proveniente de las estrellas y revelar la orientación de los discos protoplanetarios, buscando polvo en la nube de polvo.

El equipo confirmó que los datos de polarización del infrarrojo cercano coincidían con los datos de ondas de radio, lo que demuestra que es posible medir discos protoplanetarios sin herramientas a gran escala como ALMA. Su trabajo también reveló algo interesante sobre el sistema: los discos están en una alineación extraña que los astrónomos no suelen ver: paralelos entre sí y ubicados perpendicularmente al campo magnético de la nube más grande. Frecuentemente, discos protoplanetarios giran paralelos al campo magnético de la nube de polvo, lo que hace que este sistema sea raro y brinda a los investigadores la oportunidad de obtener nueva información sobre cómo los discos forman planetas.

“Fue emocionante y un gran desafío desarrollar el conocimiento de cómo suprimir las contribuciones de las nubes a las polarizaciones intrínsecas de las estrellas y los objetos estelares jóvenes; esto es algo que nunca antes se había hecho”, dijo Clemens. “La polarimetría de infrarrojo cercano que realizamos ofreció su propia vista única de los discos, así como la capacidad de mirar profundamente en estas regiones ópticamente opacas donde se están formando nuevas estrellas”. Sus herramientas podrían usarse para probar la presencia y las orientaciones de los discos en otras regiones profundamente ocultas del espacio.

Aunque todavía están en el proceso de formación de planetas, la enana marrón y la joven estrella de la nube Tauro ya parecen tener compañeros de menor masa que se encuentran en la línea entre ser un planeta o posiblemente otra enana marrón. En su porción de espacio, es probable que se formen planetas dentro de los próximos cinco millones de años.