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Astrónomos pesan un disco protoplanetario con una precisión sin precedentes

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30 enero 2013

 ANN ARBOR-  En un estudio que revela a los astrónomos nuevos conocimientos sobre cómo se forman los planetas,    una  investigación presidida por científicos de la Universidad de Michigan, UM ha permitido una medición dramaticamente más precisa para calcular la cantidad de polvo y gas en el disco de formación planetaria alrededor de una estrella joven.

 

Los resultados muestran, de alguna manera la pregunta fundamental: “¿Por qué estamos aquí?”

 

“Si usted quiere entender el origen de los planetas, es decir, mundos terrestres como la Tierra, con agua abundante y  vida y mundos ricos en gas como Júpiter, tiene que entender cómo nacen los planetas y que  resultados  son posibles bajo cualquiera circunstancia” dijo Edwin Bergin, profesor de astronomía de la UM, y autor principal de  la investigación publicada en la última edición de la revista Nature. “La masa del disco protoplanetario es una cantidad fundamental que hay que obtener para entender el nacimiento de un planeta.”

 

Hasta ahora, ha sido difícil para los astrónomos  medir con precisión la masa de los discos protoplanetarios, que sostienen los pilares de construcción de los planetas. Los discos están hechos principalmente de hidrógeno gaseoso, el elemento más abundante en el universo, pero el hidrógeno es demasiado frío para detectarlo con nuestros instrumentos.

 

Así, los astrónomos han utilizado proxies, la más común es la pequeña pero importante fracción de granos de polvo calentadas indirectamente por la luz de las estrellas en estos sistemas. Basándose en las mediciones del polvo, los investigadores han estimado la masa  total de gas de los discos  .

 

“Los diminutos sólidos  que medimos en el disco son las semillas de los mundos terrestres-la materia de que está hecha la tierra molidas en unidades más pequeñas que el ancho de un cabello humano”, dijo Ilsedore Cleeves,  estudiante de doctorado en astronomía de la UM y co-autora del artículo. “Somos sensibles al polvo cuando es pequeño. Cuando se forman los planetas, tiene que crecer a partir de sub-micras a piedras hasta rocas. Cuando los granos se convierten  en piedras, ya no los podemos detectar . De este modo usted podría esconder toneladas de masa “.

 

Debido a esto y otros temas, las estimaciones de la masa de los discos protoplanetarios pueden variar por dos o tres órdenes de magnitud. Esta enorme discrepancia hace que sea difícil para los astrónomos conocer la cantidad de agua y de carbono  que contiene un sistema, que pueden hacer  un sistema planetario como el nuestro.

 

Utilizando la Agencia Espacial Europea Herschel, un radio telescopio en órbita , Bergin y sus colegas han medido la masa del disco de estrella  cercana TW Hidra con una precisión 10 veces mayor que en el pasado. TW Hidra,  la estrella joven más cercana a nuestro Sol, está a 176 años luz de distancia hacia la constelación de Hydra.

 

Los astrónomos lograron esto mediante la observación de un primo cercano del hidrógeno,  llamado deuterio. El deuterio es hidrógeno con un neutrón adicional en su núcleo, y en los discos protoplanetarios su abundancia es directamente proporcional a la cantidad de hidrógeno existente.

 

Descubrieron que el disco TW Hydra contiene suficiente masa para hacer cinco sistemas solares como el nuestro, o 50 Júpiter .

 

Observar tanto material alrededor de TW Hydrae es inusual para una estrella de esta edad, porque se pensaba que la mayoría de los  sistemas solares  se forman antes de que una estrella llegue a los 2 millones de años. TW Hydra tiene por lo menos 3 millones de años, y posiblemente 10 millones.

 

“Nuestros resultados nos dicen que las distintas estrellas tienen diferentes rutas  para hacer planetas y que la formación planetaria no es un proceso similar en todas “, dijo Bergin. “Ya sabemos que nuestro sistema solar no está solo y que hay sistemas que tienen planetas más masivos como Júpiter. Nuestras mediciones muestran que este disco es capaz de hacer un sistema solar muy diferente al nuestro de alguna manera”

 

En otro estudio  separado de Herschel, los científicos ya habían identificado la TW Hydrae como una estrella con un disco que contiene suficiente  agua  para llenar el equivalente de varios miles de océanos de la Tierra. El nuevo método de ‘pesar’  un disco significa que el volumen de los materiales disponibles-incluyendo el agua-podría haber sido subestimado en este sistema y en otros. Este trabajo permitirá a los astrónomos a reevaluar la masa de los discos alrededor de otras estrellas de diferentes edades, proporcionando más información sobre el proceso de formación de planetas.

 

“Tal vez si algunos discos de gas son de más larga duración, podrían ser mejores para craer los sistemas planetarios”, dijo Bergin.

 

“La detección de hidrógeno molecular pesado sólo fue posible gracias a la sensibilidad del telescopio Herschel, ofreciendo un gran paso adelante en ‘pesar’ los discos alrededor de las estrellas”, dijo Göran Pilbratt, científico del proyecto Herschel.

 

El artículo se titula “An Old Disk That Can Still Form a Planetary System”. El estudio  se llevó a cabo como parte del programa de horario abierto del Herschel usando cámaras fotoconductoras y espectrómetros. Herschel es un observatorio espacial de la ESA con una importante participación de la NASA. PACS fue diseñado y construido por un consorcio financiado nacionalmente liderado por el Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Alemania. El trabajo es apoyado por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencia.

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