Un disco formador de planetas extrañamente deformado rodea un trío distante de estrellas

En una de las danzas cósmicas más complejas que los astrónomos hayan visto hasta ahora, tres anillos de gas y polvo rodean un trío de estrellas.

El sistema estelar GW Orionis, ubicado a unos 1.300 años luz de distancia en la constelación de Orión, incluye un par de estrellas jóvenes encerradas en un do-si-do cercano con una tercera estrella haciendo bucles alrededor de ambas. Alrededor de las tres estrellas hay un disco roto de polvo y gas donde los planetas podrían formarse algún día. A diferencia del disco plano que dio origen a los planetas de nuestro sistema solar, el disco de GW Orionis consta de tres bucles, con un anillo central deformado y un anillo interior aún más retorcido en un ángulo alegre con respecto a los otros dos.

La extraña geometría de este sistema, el primero conocido de su tipo, se informa en dos estudios recientes de dos grupos de astrónomos. Pero cómo se formó GW Orionis es un misterio, y los dos equipos aportaron ideas en competencia para el nacimiento del sistema de triple estrella y anillo.

En un estudio del 4 de septiembre en Ciencias, el astrónomo Stefan Kraus de la Universidad de Exeter en Inglaterra y sus colegas sugieren que tirones y torsiones gravitacionales del ballet de tres estrellas desgarró y deformó el disco primordial. Pero en un estudio del 20 de mayo en el Cartas de revistas astrofísicas, Jiaqing Bi de la Universidad de Victoria en Canadá y sus colegas piensan que un planeta recién nacido tiene la culpa.

“La pregunta es cómo se forman realmente tales sistemas”, dice el físico teórico Giuseppe Lodato de la Universidad de Milán, que no estaba en ninguno de los equipos. "Podría haber diferentes mecanismos que podrían hacer eso".

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Los astrónomos han visto discos inclinados de gas y polvo alrededor de sistemas estelares binarios, pero no sistemas de más de dos estrellas (SN: 30/7/14). Aproximadamente la mitad de las estrellas de la galaxia tienen al menos un compañero estelar, y sus planetas a menudo tienen órbitas inclinadas con respecto a sus estrellas, dando vueltas más como una cuerda para saltar que como un Hula-Hoop (SN: 1/11/13). Esa desalineación podría originarse con el disco en el que nacieron los planetas: si el disco estuviera torcido, los planetas también lo estarían.

Hace aproximadamente una década, los astrónomos se dieron cuenta por primera vez de que GW Orionis tiene tres estrellas y un disco formador de planetas, y los científicos se apresuraron a verlo más de cerca. (En ese momento, era imposible saber si ese disco era un solo bucle o no). El equipo de Bi y el equipo de Kraus apuntaron el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array en Chile al sistema de triple estrella.

Ambos grupos detectaron el trío de estrellas: una aproximadamente 2,5 veces y otra aproximadamente 1,4 veces la masa del sol orbitando entre sí una vez cada 242 días, y otra estrella de 1,4 veces la masa solar orbitando el par interior aproximadamente cada 11 años.

Las observaciones también revelaron tres anillos distintos de polvo y gas que rodeaban las estrellas. El anillo más cercano al trío de estrellas se encuentra aproximadamente a 46 veces la distancia de la Tierra al sol; el del medio, aproximadamente 185 veces la distancia Tierra-Sol; y el anillo más externo unas 340 veces esa distancia. En perspectiva, Neptuno está aproximadamente 30 veces la distancia de la Tierra al sol.

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Ese anillo más interno está muy desalineado con respecto a los otros anillos y las estrellas, encontraron los equipos. El grupo de Kraus agregó observaciones del Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral para mostrar la sombra del anillo interior en el interior del bucle medio. Esa sombra reveló que el anillo del medio está deformado, subiendo por un lado y bajando por el otro.

GW Orionis parece de ALMA y SPHERE
Los astrónomos observaron GW Orionis con el conjunto de telescopios ALMA (izquierda, azul) y el instrumento SPHERE en el Very Large Telescope (derecha, rojo), ambos en Chile. Las observaciones de ALMA revelaron la estructura de tres anillos del disco, mientras que las imágenes SPHERE mostraron la sombra proyectada por el anillo más interno, lo que permitió a los científicos describir en detalle las formas deformadas de los anillos.Imagen izquierda: ALMA / ESO, NAOJ, NRAO; Imagen derecha: ESO, S. Kraus et al, Univ. de Exeter

Luego, ambos grupos realizaron simulaciones por computadora para averiguar cómo se formó el sistema. Aquí es donde sus conclusiones comienzan a diferir, dice Bi. Su equipo sugiere que un planeta recién formado y aún no descubierto limpió su órbita de gas y polvo, separando el anillo interior del resto del disco (SN: 16/7/19). Una vez que el disco se dividió, el anillo interior quedó libre para girar alrededor de las estrellas, colocándose en su alineación sesgada.

Sin embargo, las simulaciones del equipo de Kraus encontraron que la gravedad caótica de la danza orbital de las estrellas triples por sí sola fue suficiente para romper el disco, un fenómeno llamado desgarro del disco. Cada estrella tiende a mantener el disco alineado consigo mismo, y el tira y afloja deforma y corta el disco, y tuerce aún más el anillo interior. Los estudios teóricos habían sugerido que el desgarro del disco podría ocurrir en múltiples sistemas estelares, pero esta es la primera vez que se ve en la vida real, sostiene Kraus.

"Creo que es plausible que pueda haber planetas en algún lugar del sistema, pero no son necesarios para explicar la desalineación", dice. "No necesitamos invocar planetas no descubiertos para explicar lo que vemos".



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Un trío de estrellas en GW Orionis está rodeado por un enorme disco deformado de gas y polvo, revelan nuevas observaciones. Esta animación, que se basa en simulaciones por computadora y datos de observación, muestra la compleja geometría del disco deformado y roto.

La diferencia puede radicar en las suposiciones que los grupos hicieron sobre las propiedades del disco, en particular su viscosidad, dice el astrofísico Nienke van der Marel, colega de Bi en la Universidad de Victoria. Un disco más viscoso se rompería como proponen Kraus y sus colegas, pero un disco menos viscoso necesita un planeta para romperse, dice. Ella piensa que el trabajo de su equipo es más realista basado en observaciones de otros sistemas estelares. Pero con la tecnología actual, no hay forma de saber cuáles son realmente las propiedades del disco de GW Orionis.

Y ninguno de los grupos pudo explicar qué hizo que el disco se dividiera en tres. "Realmente no sabemos qué está causando el anillo exterior", dice Klaus.

Lodato, quien predijo el efecto de desgarro del disco en 2013, cree que GW Orionis es una prueba de que el fenómeno realmente existe. En ese entonces, Lodato y sus colegas estaban "muy preocupados" de que sus simulaciones mostraran un efecto que fue introducido por los cálculos, no por la física real, dice. "Ahora las observaciones nos dicen que sucede en la realidad".

Los telescopios futuros también pueden detectar el planeta si existe, dice van der Marel.

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