Planetas Jóvenes Muerden el Polvo

June 24, 2020

Astrónomos revelan una nueva colección de polvorientos sistemas estelares capaces de formar planetas

Estos remolinos anaranjados de polvo son parte de una enorme colección de imágenes detalladas y nítidas de discos de escombros y polvo alrededor de estrellas jóvenes, que fueron publicadas esta semana por un equipo internacional de astrónomos. Las imágenes —obtenidas con el telescopio de 8 metros de Gemini Sur, utilizando la Cámara de Planetas de Gemini (GPI por sus siglas en inglés)— ilustra la variedad de formas y tamaños que los sistemas estelares pueden adoptar durante su infancia. Inesperadamente, la mayoría de estos sistemas muestra evidencia de formación planetaria.

Estas notables fotografías de discos de polvo corresponden a una selección de 26 imágenes nuevas obtenidas por la Cámara de Planetas de Gemini (GPI, por sus siglas en inglés) en el telescopio de Gemini Sur, un programa de NOIRLab de NSF y Observatorio AURA. Estas imágenes destacan la diversidad de formas y tamaños que estos discos pueden tomar y muestran hasta donde se extienden este tipo de sistemas proto-planetarios en sus primeros años. Las jóvenes estrellas que fueron fotografiadas, y que tienen un rango de edad que va de 10 millones de años hasta unos cuantos cientos de millones de años, se encuentran en la edad perfecta para asentarse y “criar” planetas. Los planetas en formación modelan el disco de polvo y dejan huecos y deformaciones que son pistas indirectas de la existencia y el movimiento de jóvenes exoplanetas.

Si bien los discos de escombros han sido fotografiados antes, este nuevo grupo de 26 discos representa una de las muestras más grandes que se obtienen con una calidad de datos altamente uniforme y muy consistente. Esto permite una comparación detallada de las observaciones, y un avance único en los estudios de discos de escombros. Al menos 13 de los discos conforman un laboratorio natural perfecto, y todos pertenecen a la asociación estelar Escorpión-Centauro, que se encuentra a unos 400 años luz de la Tierra. El grupo de estrellas, que nacieron en la misma región aproximadamente al mismo tiempo, permite a los astrónomos comparar la arquitectura de una variedad de sistemas planetarios jóvenes que se desarrollan bajo diferentes condiciones.

La Cámara de Planetas de Gemini (GPI) fue capaz de capturar estos discos polvorientos con la ayuda de ingeniería astronómica muy ingeniosa. GPI es sensible a la polarización de la luz, lo que le permite distinguir la luz del polvo dispersado (que es polarizada), de la luz no polarizada que emana de las estrellas. Esto le otorga a GPI la impresionante habilidad de mejorar el contraste de las imágenes y fotografiar discos que son 10 millones de veces más tenues que sus estrellas anfitrionas. Sin embargo, medir la polarización es apenas uno de los trucos que tiene GPI, ya que el instrumento también utiliza un coronógrafo y aprovecha sus sistemas de óptica adaptativa para obtener lo mejor de sus observaciones [1][2].

“Este descubrimiento fue posible gracias a la nitidez de la cámara GPI, adosada al telescopio de 8 metros del telescopio de Gemini Sur, ubicado en Cerro Pachón, Chile. Las condiciones de aire seco, la gran altitud y los cielos oscuros son la combinación perfecta para la investigación astronómica de vanguardia que nos permite imágenes tan nítidas como las que se obtienen desde el espacio, señaló el Director del Observatorio AURA en Chile, Dr. Mario Hamuy.” Combinando esta ubicación única con ingenio tecnológico, GPI es capaz de capturar imágenes tan nítidas como las del Telescopio Espacial Hubble, aunque con la capacidad de detectar objetos que están hasta tres veces más cerca de sus estrellas anfitrionas [3].

Las capacidades de observación de GPI permitieron el Estudio de Exoplanetas de la Cámara de Planetas de Gemini (GPIES por sus siglas en inglés), una investigación de 4 años para estudiar planetas gaseosos gigantes orbitando más de 500 estrellas jóvenes cercanas al Sol. Además de duplicar el número de de discos de escombros fotografiados con esta resolución, el estudio descubrió seis exoplanetas gigantes y cuatro enanas cafés. Investigaciones como GPIES son una forma perfecta de seleccionar objetivos para la próxima generación de telescopios espaciales y situados en tierra.

“El programa de instrumento visitante de Gemini continúa otorgando oportunidades únicas para instrumentos especializados como GPI, que operan en grandes telescopios terrestres. Una combinación que en este caso está entregando emocionantes nuevos detalles en el proceso de formación de planetas”, señaló Martin Still, Jefe de Programa de NSF para la asociación de Gemini

El estudio GPIES finalizó en 2019, pero la inversión y la capacidad técnica de la Cámara de Planetas de Gemini continuará con una actualización del hardware de GPI se actualizará para mejorar su resolución y sensibilidad [4]. El nuevo “GPI 2.0” está programado para ser instalado próximamente en Gemini Norte, en la cima de Mauna Kea, Hawai'i, desde donde buscará nuevos exoplanetas y discos de escombros en los cielos del hemisferio Norte. GPI 2.0 continuará explorando nuevos objetivos para la próxima generación de misiones de exoplanetas, preparando el escenario para obtener información crucial que permita revelar el misterio de la formación planetaria.

Más Información

Esta investigación fue presentada en el artículo Debris Disk Results from the Gemini Planet Imager Exoplanet Survey’s Polarimetric Imaging Campaign para el The Astrophysical Journal.

El equipo está compuesto por Thomas M. Esposito (University of California, Berkeley), Paul Kalas, (University of California, Berkeley, SETI Institute, and Foundation for Research and Technology – Hellas), Michael P. Fitzgerald (University of California, Los Angeles), Maxwell A. Millar-Blanchaer (NASA Hubble Fellow at NASA Jet Propulsion Laboratory), Gaspard Duchêne (University of California,Berkeley and Université Grenoble Alpes), Jennifer Patience (Arizona State University), Justin Hom (Arizona State University), Marshall D. Perrin (Space Telescope Science Institute), Robert J. De Rosa (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology,), Eugene Chiang (University of California, Berkeley), Ian Czekala (NASA Hubble Fellowship Program Sagan Fellow at the University of California, Berkeley), Bruce Macintosh (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), James R. Graham (University of California, Berkeley), Megan Ansdell (University of California, Berkeley), Pauline Arriaga (University of California, Los Angeles), Sebastian Bruzzone (The University of Western Ontario), Joanna Bulger (Pan-STARRS Observatory), Christine H. Chen (Space Telescope Science Institute), Tara Cotton (University of Georgia), Ruobing Dong (University of Victoria), Zachary H. Draper (University of Victoria and National Research Council of Canada), Katherine B. Follette (Amherst College), Li-Wei Hung (University of California, Los Angeles), Ronald Lopez (University of California, Los Angeles), Brenda C. Matthews (National Research Council of Canada and University of Victoria), Johan Mazoyer (NASA Hubble Fellow at NASA Jet Propulsion Laboratory), Stan Metchev (The University of Western Ontario and Stony Brook University), Julien Rameau (Université de Montréal), Bin Ren (Johns Hopkins University and Space Telescope Science Institute), Malena Rice (Yale University), Inseok Song (University of Georgia), Kevin Stahl (University of California, Los Angeles), Jason Wang (California Institute of Technology and University of California, Berkeley), Schuyler Wolff (Leiden University), Ben Zuckerman (University of California, Los Angeles), S. Mark Ammons (Lawrence Livermore National Laboratory), Vanessa P. Bailey (NASA Jet Propulsion Laboratory), Travis Barman (University of Arizona), Jeffrey Chilcote (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology and University of Notre Dame, Rene Doyon (Université de Montréal), Benjamin L. Gerard (University of Victoria and National Research Council of Canada), Stephen J. Goodsell (Gemini Observatory), Alexandra Z. Greenbaum (University of Michigan), Pascale Hibon (Gemini Observatory), Sasha Hinkley (University of Exeter), Patrick Ingraham (Large Synoptic Survey Telescope), Quinn Konopacky (University of California San Diego), Jerôme Maire (University of California San Diego), Franck Marchis (SETI Institute), Mark S. Marley (NASA Ames Research Center), Christian Marois (University of Victoria and National Research Council of Canada), Eric L. Nielsen (SETI Institute and Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), Rebecca Oppenheimer (American Museum of Natural History), David Palmer (Lawrence Livermore National Laboratory), Lisa Poyneer (Lawrence Livermore National Laboratory), Laurent Pueyo (Space Telescope Science Institute), Abhijith Rajan (Space Telescope Science Institute), Fredrik T. Rantakyrö (Gemini Observatory), Jean-Baptiste Ruffio (Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology), ,Dmitry Savransky (Cornell University), Adam C. Schneider (Arizona State University), Anand Sivaramakrishnan (8Space Telescope Science Institute), Rémi Soummer (Space Telescope Science Institute), Sandrine Thomas (Large Synoptic Survey Telescope), and Kimberly Ward-Duong (Amherst College).

NOIRLab de NSF (Laboratorio Nacional de Investigación en Astronomía Óptica-Infrarroja de NSF), el centro de EE. UU. para la astronomía óptica-infrarroja en tierra, opera el Observatorio internacional Gemini (una instalación de NSF, NRC–Canada, ANID–Chile, MCTIC–Brasil, MINCyT–Argentina y KASI – República de Corea), el Observatorio Nacional Kitt Peak (KPNO), el Observatorio Interamericano Cerro Tololo (CTIO), el Centro de Datos para la Comunidad Científica (CSDC) y el Observatorio Vera C. Rubin (en cooperación con SLAC National Accelerator Laboratory del DOE). Está administrado por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía (AURA) en virtud de un acuerdo de cooperación con NSF y tiene su sede en Tucson, Arizona. La comunidad astronómica tiene el honor de tener la oportunidad de realizar investigaciones astronómicas en Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, en Maunakea, en Hawai, y en Cerro Tololo y Cerro Pachón en Chile. Reconocemos y apreciamos el importante rol cultural y la veneración que estos sitios tienen para la Nación Tohono O’odham, para la comunidad nativa de Hawai y para las comunidades locales en Chile, respectivamente.