El Webb busca el cinturón de asteroides de Fomalhaut y encuentra una sorpresa que cambia nuestra visión del Universo
Astrónomos utilizaron el telescopio espacial James
Webb de la NASA para obtener imágenes del polvo cálido que rodea a una joven
estrella cercana, llamada Fomalhaut, con el fin de estudiar el primer cinturón
de asteroides visto fuera de nuestro sistema solar en luz infrarroja. Pero,
para su sorpresa, estas estructuras de polvo son mucho más complejas que los
cinturones de polvo de los asteroides y de Kuiper en nuestro sistema solar. En
términos generales, existen tres cinturones anidados que se extienden hasta una
distancia de 23.000 millones de kilómetros (14.000 millones de millas) de la
estrella; eso es 150 veces la distancia de la Tierra al Sol. La escala del
cinturón más externo es casi el doble de la escala del cinturón de Kuiper de
nuestro sistema solar, compuesto de pequeños cuerpos celestes y polvo frío más
allá de Neptuno. Los cinturones interiores de Fomalhaut —que nunca antes se
habían visto— fueron revelados por primera vez por Webb.
Los cinturones rodean a esta estrella joven y
caliente, la cual puede verse a simple vista como la estrella más brillante en
la constelación del Pez Austral en el hemisferio sur. Los cinturones de polvo
son los restos de las colisiones de cuerpos más grandes, análogos a los
asteroides y los cometas, y con frecuencia se les describe como “discos de
escombros”. “Yo describiría a Fomalhaut como el arquetipo de los discos de
escombros que se encuentran en otras partes de nuestra galaxia, porque posee
componentes similares a los que encontramos en nuestro propio sistema
planetario”, dijo András Gáspár, de la Universidad de Arizona en Tucson y autor
principal de un nuevo artículo científico que describe estos resultados. “Al
observar los patrones en estos anillos, podemos comenzar a hacer un pequeño
boceto de cómo debería ser un sistema planetario, si de hecho pudiéramos tomar
una imagen lo suficientemente profunda como para ver los posibles planetas”.
El telescopio espacial Hubble y el Observatorio
Espacial Herschel, así como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
(ALMA, por sus siglas en inglés), han tomado previamente imágenes nítidas del
cinturón más externo. Sin embargo, ninguno de ellos encontró estructura alguna
en su interior. Los cinturones interiores han sido resueltos en luz infrarroja
por primera vez por Webb. “En lo que Webb es realmente sobresaliente es que nos
permite resolver físicamente el resplandor térmico del polvo en esas regiones
internas. De modo que podemos ver cinturones interiores que nunca antes
habíamos visto”, dijo Schuyler Wolff, otra integrante del equipo de la
Universidad de Arizona.
Esta imagen del disco de escombros de polvo que
rodea a la joven estrella Fomalhaut fue obtenida con el instrumento de
infrarrojo medio (MIRI) de Webb. La imagen revela tres cinturones anidados que
se extienden a una distancia de 23.000 millones de kilómetros (14.000 millones
de millas) de la estrella. Los cinturones interiores —que nunca antes se habían
visto— fueron revelados por primera vez por Webb. Las etiquetas de la izquierda
indican las características individuales. A la derecha, se destaca una gran
nube de polvo y las imágenes en los recuadros la muestran en dos longitudes de
ondas infrarrojas: 23 y 25,5 micras.
Hubble, ALMA y Webb se han unido para armar una
vista holística de los discos de escombros alrededor de varias estrellas. “Con
Hubble y ALMA, pudimos obtener imágenes de un montón de análogos del cinturón
de Kuiper, y hemos aprendido mucho sobre cómo se forman y evolucionan los
discos externos”, dijo Wolff. “Pero necesitamos que Webb nos permita obtener
imágenes de una docena de cinturones de asteroides en otros lugares. Es posible
aprender tanto sobre las cálidas regiones interiores de estos discos como
Hubble y ALMA nos han enseñado sobre las regiones exteriores más frías”.
Lo más probable es que estos cinturones sean
forjados por fuerzas gravitacionales producidas por planetas que no se han
visto. Del mismo modo, dentro de nuestro sistema solar, Júpiter acorrala el
cinturón de asteroides, el borde interno del cinturón de Kuiper está esculpido
por Neptuno, y el borde exterior podría estar guiado por cuerpos aún no vistos
más allá de él. A medida que Webb genere imágenes de más sistemas, aprenderemos
sobre la configuración de sus planetas.
El anillo de polvo de Fomalhaut fue descubierto en
1983 en observaciones realizadas por el Satélite Astronómico del Infrarrojo
(IRAS, por sus siglas en inglés) de la NASA. La existencia del anillo también
se ha inferido a partir de observaciones anteriores y de mayor longitud de onda
utilizando los telescopios submilimétricos en Mauna Kea, Hawái, el telescopio
espacial Spitzer de la NASA y el Observatorio Submilimétrico de Caltech.
“Los cinturones alrededor de Fomalhaut son una
especie de novela de misterio: ¿dónde están los planetas?”, dijo George Rieke,
otro integrante del equipo y jefe científico estadounidense para el instrumento
de infrarrojo medio (MIRI, por sus siglas en inglés) de Webb, el cual hizo
estas observaciones. “Creo que no sería muy apresurado decir que probablemente
exista un sistema planetario realmente interesante alrededor de la estrella”.
“Definitivamente, no esperábamos encontrar la
estructura más compleja con el segundo cinturón intermedio y luego el cinturón
de asteroides más amplio”, dijo Wolff. “Esa estructura es muy emocionante
porque cada vez que los astrónomos ven un intervalo y anillos en un disco,
dicen: ‘¡Puede que haya un planeta metido allí moldeando los anillos!’”.
Webb también tomó imágenes de lo que Gáspár denomina
“la gran nube de polvo”, la cual podría ser evidencia de una colisión que
ocurre en el anillo exterior entre dos cuerpos protoplanetarios. Esta es una característica
diferente de un posible planeta, vista por primera vez por Hubble en 2008
dentro del anillo exterior. Las observaciones posteriores de Hubble mostraron
que para 2014 el objeto había desaparecido. Tal vez una interpretación
plausible es que esta característica recién descubierta, como la anterior, sea
una nube en expansión de partículas de polvo muy finas de dos cuerpos helados
que chocaron y se desintegraron.
La idea de que existen discos protoplanetarios
alrededor de las estrellas se remonta a finales del siglo XVIII, cuando los
astrónomos Immanuel Kant y Pierre-Simon Laplace desarrollaron por separado la
teoría de que el Sol y los planetas se formaron a partir de una nube de gas en
rotación que colapsó y se aplanó debido a la gravedad. Los discos de escombros
se desarrollan más tarde, después de que ocurre la formación de los planetas y
la dispersión del gas primordial en los sistemas. Estos escombros muestran que
los cuerpos pequeños, como los asteroides, colisionan catastróficamente y pulverizan
sus superficies creando enormes nubes de polvo y otros desechos. Las
observaciones de su polvo proporcionan pistas únicas sobre la estructura de los
sistemas exoplanetarios, alcanzando un detalle que llega hasta planetas del
tamaño de la Tierra e incluso asteroides, los cuales son demasiado pequeños
como para verlos individualmente.
Los resultados del equipo han sido publicados en la
revista científica Nature Astronomy.
El telescopio espacial James Webb es el principal
observatorio de ciencias espaciales del mundo. Las observaciones de Fomalhaut
utilizaron el instrumento de infrarrojo medio (MIRI), que fue aportado por la
NASA y la ESA (Agencia Espacial Europea). Este instrumento fue diseñado y
construido por un consorcio de Institutos Europeos (el Consorcio Europeo MIRI)
financiados a nivel nacional y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA
(JPL), en asociación con la Universidad de Arizona. Webb resolverá los
misterios de nuestro sistema solar, verá más allá de mundos distantes alrededor
de otras estrellas y explorará las misteriosas estructuras y los orígenes de
nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional
dirigido por la NASA con sus socios: ESA y la Agencia Espacial Canadiense
(CSA).
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