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]
ALMA [Atacama Large
Millimeter/submillimeter Array] es el telescopio más
poderoso para observar el Universo frío, el gas molecular y el polvo, así como
la radiación fósil del Big Bang. ALMA estudia los componentes básicos de las
estrellas, sistemas planetarios, galaxias y la vida misma. Al proporcionar a los científicos
imágenes detalladas de estrellas y planetas naciendo en nubes de gas cerca de
nuestro Sistema Solar, y la detección de galaxias distantes que forman en el
borde del universo observable, lo que vemos; es como era hace unos diez millones
de años, lo que permitirá a los astrónomos direccional algunas de las preguntas
más profundas de nuestros orígenes cósmicos.
La
construcción de ALMA se completará durante el presente año 2013, pero las
observaciones científicas primarias, con una matriz parcial, se iniciaron en
2011.
Utilizando
solo 26 de las 66 antenas de ALMA los
astrónomos han obtenido la primera imagen de una línea de nieve en
un sistema planetario recién nacido. 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. El sistema planetario,
extremadamente joven en el cual se descubrió esta línea de nieve, corresponde
al disco que rodea la estrella de tipo solar TW Hydrae, cuyo estudio permitirá conocer la formación de planetas y cometas, los factores
que influyeron en su composición y la historia de nuestro propio Sistema Solar.
Los resultados del trabajo de los científicos,
se publicaron el 18 de julio de 2013 en la revista ScienceExpress.
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. 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.
Alrededor
de una estrella parecida a nuestro Sol, en un sistema solar similar, la línea
de nieve del agua se ubicaría a una distancia semejante 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.
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]
La línea de nieve
detectada por ALMA es la primera detección de una línea de nieve de monóxido de
carbono [CO] entorno a TW Hydrae, la cual es una estrella enana-naranja joven de tipo espectral KBVe ubicada en la Constelación de Hidra, su magnitud aparente es de
+11,1 y junto a otras estrellas de poca masa, forma parte de la Asociación Estelar
de YW Hydrae a la que da su nombre; se encuentra a 175 años luz de la Tierra. Tiene un
temperatura efectiva de 3.973 ºK y gira sobre sí misma a una velocidad
proyectada de 6 km./s.,
su edad se le calcula entre 8 a
10 millones de años. Los astrónomos creen que este incipiente sistema planetario
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, lo 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 planetario 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 de 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.
Concepción artística mostrando la línea
de nieve en TW Hydrae; podemos ver granos de polvo cubiertos de agua helada en
la parte interior del disco (entre 4,5 y 30 unidades astronómicas, en azul) y
granos de polvo recubiertos con hielo de monóxido de carbono en la parte
externa del disco (>30 unidades astronómicas, en verde). La transición de
azul a verde marca la línea de nieve del monóxido de carbono. Las líneas de
nieve ayudan a que los granos de polvo se peguen entre ellos al proporcionarles
una cobertura adherente, lo cual resulta esencial para la formación de planetas
y cometas. Debido a los diferentes puntos de congelación de los diferentes
compuestos químicos, pueden encontrarse diferentes líneas de nieve a diferentes
distancias de la estrella, Crédito: B Saxton & A. Angelich /
NRAO/AUI/NSF/ALMA [ESO/NAOJ/NRAO]
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.
Fuente:
ESO 1333ª 18.07.2013
UA = 150.000.000 de Km.
