Dos equipos independientes de astrónomos han descubierto evidencia convincente de que tres planetas jóvenes están en órbita alrededor de una estrella infantil conocida como HD 163296. Utilizando una nueva estrategia de búsqueda de planetas, los astrónomos identificaron tres perturbaciones discretas en el disco lleno de gas de una estrella joven:la evidencia más fuerte hasta ahora de que los planetas recién formados están en órbita allí.
En los últimos años, el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array ALMA ha transformado nuestra comprensión de los discos protoplanetarios, las fábricas de planetas llenas de gas y polvo que rodean a las estrellas jóvenes. Los anillos y las brechas en estos discos proporcionan intrigantesevidencia circunstancial de la presencia de planetas. Sin embargo, otros fenómenos podrían explicar estas características tentadoras.
Utilizando una nueva técnica de búsqueda de planetas que identifica patrones inusuales en el flujo de gas dentro de un disco protoplanetario, dos equipos de astrónomos han confirmado las características distintivas distintivas de los planetas recién formados que orbitan una estrella infantil en nuestra galaxia. Estos resultados se presentanen un par de papeles que aparecen en el Letras del diario astrofísico .
"Observamos el movimiento de gas localizado a pequeña escala en el disco protoplanetario de una estrella. Este enfoque completamente nuevo podría descubrir algunos de los planetas más jóvenes de nuestra galaxia, todo gracias a las imágenes de alta resolución provenientes de ALMA", dijoRichard Teague, astrónomo de la Universidad de Michigan y autor principal de uno de los artículos.
Para hacer sus respectivos descubrimientos, cada equipo analizó los datos de varias observaciones de ALMA de la joven estrella HD 163296. HD 163296 tiene aproximadamente 4 millones de años y se encuentra a unos 330 años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de Sagitario.
En lugar de enfocarse en el polvo dentro del disco, que fue claramente reflejado en una observación anterior de ALMA, los astrónomos estudiaron la distribución y el movimiento del gas de monóxido de carbono CO en todo el disco. Las moléculas de CO emiten naturalmente un milímetro muy distintivo.luz de longitud de onda que ALMA puede observar. Los cambios sutiles en la longitud de onda de esta luz debido al efecto Doppler permiten vislumbrar la cinemática o movimiento del gas en el disco.
Si no hubiera planetas, el gas se movería alrededor de una estrella en un patrón muy simple y predecible conocido como rotación kepleriana.
"Se necesitaría un objeto relativamente masivo, como un planeta, para crear perturbaciones localizadas en este movimiento ordenado", dijo Christophe Pinte de la Universidad de Monash en Australia y autor principal de uno de los dos documentos. "Nuestra nueva técnica aplica estoprincipio para ayudarnos a entender cómo se forman los sistemas planetarios "
El equipo dirigido por Teague identificó dos patrones distintivos similares a planetas en el disco, uno a aproximadamente 80 unidades astronómicas UA de la estrella y el otro a 140 UA. Una unidad astronómica es la distancia promedio de la Tierra a la TierraSol, o alrededor de 150 millones de kilómetros. El otro equipo, dirigido por Pinte, identificó el tercero a aproximadamente 260 UA de la estrella. Los astrónomos calculan que los tres planetas son similares en masa a Júpiter.
Los dos equipos usaron variaciones en la misma técnica, que observó anomalías en el flujo del gas, como se ve en las longitudes de onda cambiantes de la emisión de CO, que indicarían que estaba interactuando con un objeto masivo.
Teague y su equipo midieron las variaciones en la velocidad del gas. Esto reveló el impacto de múltiples planetas en el movimiento del gas más cercano a la estrella.
Pinte y su equipo midieron más directamente la velocidad real del gas, lo cual es mejor para estudiar la porción externa del disco y pueden determinar con mayor precisión la ubicación de un planeta potencial.
Detección de protoplanetas
"Aunque se han descubierto miles de exoplanetas en las últimas décadas, la detección de protoplanetas está en la frontera de la ciencia", dijo Pinte. Las técnicas que se utilizan actualmente para encontrar exoplanetas en sistemas planetarios completamente formados, como medir el bamboleo de unestrella o cómo un planeta en tránsito atenúa la luz de las estrellas, no se prestan a detectar protoplanetas.
Las impresionantes imágenes de ALMA de HD 163296 y otros sistemas similares han revelado patrones intrigantes de anillos concéntricos y huecos dentro de los discos protoplanetarios. Estos huecos pueden ser evidencia de que los protoplanetas están quitando el polvo y el gas de sus órbitas, incorporando algunos de ellos en sus propias órbitas.atmósferas: un estudio previo del disco de esta estrella en particular muestra que las brechas de polvo y gas se superponen, lo que sugiere que al menos dos planetas se han formado allí.
Estas observaciones iniciales, sin embargo, simplemente proporcionaron evidencia circunstancial y no se pudieron usar para estimar con precisión las masas de los planetas, señaló Teague. "Dado que otros mecanismos también pueden producir huecos anillados en un disco protoplanetario, es imposible decir de manera concluyente quelos planetas están ahí simplemente mirando la estructura general del disco ", dijo.
Última innovación
La clave para una detección más concluyente, observan los astrónomos, radica en descifrar las firmas de velocidad a escala fina del gas de monóxido de carbono.
"Aunque el polvo juega un papel importante en la formación de planetas y proporciona información invaluable, el gas representa el 99 por ciento de la masa de un disco protoplanetario", dijo el coautor Jaehan Bae del Instituto Carnegie para la Ciencia. "Por lo tanto, es crucial estudiar la cinemática deel gas."
La luz que emite un gas desde un disco protoplanetario cambia sus longitudes de onda dependiendo del movimiento relativo del gas a la Tierra debido al efecto Doppler. "Esto es análogo a la técnica Doppler utilizada para encontrar planetas completamente formados", dijo el coautor Dan Foreman-Mackeydel Instituto Flatiron. "Aunque en lugar de mirar los cambios en la longitud de onda del bamboleo de la estrella, nos estamos sumergiendo profundamente en el disco para ver cómo están ocurriendo los cambios a escala fina".
la fantástica resolución de ALMA permitió a los investigadores medir los patrones de velocidad del monóxido de carbono en todo el disco.
"La precisión es alucinante", dijo el coautor Til Birnstiel del Observatorio de la Universidad de Múnich. En un sistema donde el gas gira a unos 5 kilómetros por segundo, ALMA detectó cambios de velocidad tan pequeños como unos pocos metros por segundo ". Esto permite"Encontramos desviaciones muy pequeñas de la rotación normal esperada en un disco", dijo Teague. Los planetas cambian la densidad del gas cerca de sus órbitas, lo que cambia la presión del gas, induciendo estos cambios correspondientes en la velocidad.
"Comparamos las observaciones con modelos de computadora para mostrar que los flujos observados encajan perfectamente con las predicciones para el patrón de flujo alrededor de un planeta recién nacido unas pocas veces la masa de Júpiter", dijo el coautor Daniel Price de la Universidad de Monash.
Esta nueva técnica permite a los astrónomos estimar con mayor precisión las masas protoplanetarias y es menos probable que produzca falsos positivos. "Ahora estamos llevando ALMA al frente y al centro al ámbito de la detección de planetas", dijo el coautor Ted Bergin de la Universidad de Michigan.
"A menudo, en la ciencia, las ideas no funcionan o las suposiciones son incorrectas. Este es uno de los casos en que los resultados son mucho más emocionantes de lo que había imaginado", dijo Birnstiel.
"Estos estudios también nos ayudarán a comprender cómo nacieron planetas como los de nuestro sistema solar", dijo el coautor Francois Menard de la Universidad de Grenoble en Francia.
Ambos equipos continuarán refinando este método y lo aplicarán a otros discos, donde esperan comprender mejor cómo se forman las atmósferas y qué elementos y moléculas se entregan a un planeta en su nacimiento.
Referencias PDF de artículos en Letras del diario astrofísico
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Observatorio Nacional de Radioastronomía . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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