Un modelo científicamente preciso de Beta Pictoris y su disco. Click para agrandar
Los discos de gas y polvo que rodean a las estrellas recién nacidas se conocen como discos protoplanetarios; que se cree que son regiones donde eventualmente se formarán los planetas. Estos discos desaparecen a medida que las estrellas maduran, pero algunas estrellas todavía se pueden ver con una nube de material a su alrededor llamada discos de escombros. Uno de los más famosos es el disco que rodea a Beta Pictoris, ubicado a solo 60 años luz de distancia.
Los planetas se forman en discos de gas y polvo que rodean a las estrellas recién nacidas. Dichos discos se denominan discos protoplanetarios. El polvo en estos discos se convierte en planetas rocosos como la Tierra y los núcleos internos de planetas gaseosos gigantes como Saturno. Este polvo también es un depósito de elementos que forman la base de la vida.
Los discos protoplanetarios desaparecen a medida que las estrellas maduran, pero muchas estrellas tienen lo que se llama discos de escombros. Los astrónomos plantean la hipótesis de que una vez que los objetos como los asteroides y los cometas nacen del disco protoplanetario, las colisiones entre ellos pueden producir un disco de polvo secundario.
El ejemplo más conocido de tales discos de polvo es el que rodea a la segunda estrella más brillante de la constelación Pictor, que significa "caballete de pintor". Esta estrella, conocida como Beta Pictoris o Beta Pic, es una vecina muy cercana al Sol, a solo sesenta años luz de distancia y, por lo tanto, es fácil de estudiar con gran detalle.
Beta Pic es dos veces más brillante que el Sol, pero la luz del disco es mucho más tenue. Los astrónomos Smith y Terrile fueron los primeros en detectar esta tenue luz en 1984, al bloquear la luz de la estrella misma utilizando una técnica llamada coronagrafía. Desde entonces, muchos astrónomos han observado el disco Beta Pic utilizando instrumentos cada vez mejores y telescopios terrestres y espaciales para comprender en detalle el lugar de nacimiento de los planetas y, por lo tanto, la vida.
Un equipo de astrónomos del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, la Universidad de Nagoya y la Universidad de Hokkaido combinaron varias tecnologías por primera vez para obtener una imagen de polarización infrarroja del disco Beta Pic con mejor resolución y mayor contraste que nunca: un telescopio de gran apertura ( el telescopio Subaru, con su gran espejo primario de 8,2 metros), tecnología de óptica adaptativa y una cámara de imágenes coronaria capaz de tomar imágenes de luz con diferentes polarizaciones (cámara de imágenes de Subaru con óptica adaptativa, CIAO).
Un telescopio de gran apertura, especialmente con la excelente calidad de imagen de Subaru, permite ver una luz tenue en alta resolución. La tecnología de óptica adaptativa reduce los efectos distorsionadores de la atmósfera de la Tierra sobre la luz, lo que permite observaciones de mayor resolución. La coronagrafía es una técnica para bloquear la luz de un objeto brillante como una estrella, para ver objetos más débiles cerca de él, como los planetas y el polvo que rodea una estrella. Al observar la luz polarizada, la luz reflejada se puede distinguir de la luz que proviene directamente de su fuente original. La polarización también contiene información sobre el tamaño, la forma y la alineación del polvo que refleja la luz.
Con esta combinación de tecnologías, el equipo logró observar Beta Pic en luz infrarroja de dos micrómetros en longitud de onda a una resolución de una quinta parte de un segundo de arco. Esta resolución corresponde a poder ver un grano individual de arroz desde una milla de distancia o una semilla de mostaza desde un kilómetro de distancia. Lograr esta resolución representa una gran mejora con respecto a las observaciones polarimétricas anteriores comparables de la década de 1990 que solo tenían resoluciones de aproximadamente un segundo y medio segundos.
Los nuevos resultados sugieren que el disco de Beta Pic contiene planetesimales, asteroides u objetos similares a cometas, que chocan para generar polvo que refleja la luz de las estrellas.
La polarización de la luz reflejada desde el disco puede revelar las propiedades físicas del disco, como la composición, el tamaño y la distribución. Una imagen de la luz de longitud de onda de dos micrómetros muestra la estructura larga y delgada del disco que se ve casi al borde. La polarización de la luz muestra que el diez por ciento de la luz de dos micrómetros está polarizada. El patrón de polarización indica que la luz es un reflejo de la luz que se originó en la estrella central.
Un análisis de cómo cambia el brillo del disco con la distancia desde la central muestra una disminución gradual del brillo con una pequeña oscilación. La ligera oscilación en el brillo corresponde a variaciones en la densidad del disco. La explicación más probable es que las regiones más densas corresponden a donde los planetesimales están colisionando. Se han visto estructuras similares más cercanas a la estrella en observaciones anteriores a longitudes de onda más largas utilizando la cámara y el espectrógrafo de infrarrojo medio refrigerado (COMICS) de Subaru y otros instrumentos.
Un análisis similar de cómo cambia la cantidad de polarización con la distancia desde la estrella muestra una disminución en la polarización a una distancia de cien unidades astronómicas (una unidad astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol). Esto corresponde a una ubicación donde el brillo también disminuye, lo que sugiere que a esta distancia de la estrella hay menos planetesimales.
Mientras el equipo investigaba modelos del disco Beta Pic que pueden explicar las observaciones nuevas y antiguas, descubrieron que el polvo en el disco Beta Pic es más de diez veces mayor que los granos típicos de polvo interestelar. El disco de polvo Beta Pics probablemente esté hecho de grumos sueltos de polvo y hielo de tamaño micrométrico, como pequeños conejitos de polvo del tamaño de una bacteria.
Juntos, estos resultados proporcionan evidencia muy fuerte de que el disco que rodea a Beta Pic se genera por la formación y colisión de planetesimales. El nivel de detalle de esta nueva información solidifica nuestra comprensión del entorno en el que se forman y se desarrollan los planetas.
Motohide Tamura, que dirige el equipo, dice que "pocas personas han podido estudiar el lugar de nacimiento de los planetas observando la luz polarizada con un gran telescopio". Nuestros resultados muestran que este es un enfoque muy gratificante. Planeamos extender nuestra investigación a otros discos, para obtener una imagen completa de cómo el polvo se transforma en planetas ".
Estos resultados fueron publicados en la edición del 20 de abril de 2006 de Astrophysical Journal.
Miembros del equipo: Motohide Tamura, Hiroshi Suto, Lyu Abe (NAOJ), Misato Fukagawa (Universidad de Nagoya, Instituto de Tecnología de California), Hiroshi Kimura, Tetsuo Yamamoto (Universidad de Hokkaido)
Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón a través de una subvención para investigación científica en áreas prioritarias para el "desarrollo de la ciencia planetaria extrasolar".
Fuente original: Comunicado de prensa de NAOJ
