Identificación de estrellas jóvenes y sus discos protoplanetarios

Imagínese caminar a través de una niebla densa y brumosa en medio de la noche, viendo manchas de luz de automóviles y ciudades que brillan en la distancia. Es casi imposible saber si las luces están en la niebla o más allá. Los astrónomos que intentan encontrar estrellas jóvenes se enfrentan a un problema similar: la luz de las estrellas que buscan brilla a través de grandes regiones de gas nebuloso y polvo en el espacio, llamadas nubes moleculares.

Pero los corazones de estas nubes son a menudo tierra fértil para jóvenes estrellas y planetas, los lugares perfectos para tratar de descubrir cómo se forman los cuerpos celestes, suponiendo que los astrónomos puedan ver lo que sucede a través de la oscuridad.

Ahora, un grupo de científicos del departamento de astronomía de BU ha descubierto una forma económica de atravesar la niebla. Han desarrollado un nuevo método que mide la nebulosidad de la nube de polvo y les permite detectar la presencia de estructuras de formación de planetas conocidas como discos protoplanetarios: discos de gas y polvo que están presentes alrededor de las estrellas jóvenes y proporcionan el material para que se formen los planetas. . Usaron su técnica para obtener una vista más completa del interior de una nube de polvo molecular ubicada a 450 años luz de la Tierra en la constelación de Tauro. Allí, un sistema de dos estrellas todavía está en su infancia, sus discos protoplanetarios todavía presentes y probablemente en proceso de crear varios planetas nuevos.

«Estamos tratando de mirar a través de la niebla de la nube para ver qué están haciendo estas estrellas, son como linternas que brillan a través de la nube», dice Dan Clemens, profesor de la Facultad de Artes y Ciencias y presidente de astronomía, y líder autor de un artículo que describe las técnicas utilizadas para observar más de cerca los discos de estrellas que forman planetas. Los hallazgos fueron publicados en El diario astrofísico.

Los científicos no saben exactamente cómo se forman las estrellas y los planetas, aunque conocen algunos de los ingredientes, incluidos el gas, el polvo, la gravedad y los campos magnéticos, por lo que estudiar sistemas como este puede proporcionar información sobre cómo se desarrolla el proceso. En la nube de Tauro, una estrella joven de poca masa y una enana marrón se orbitan entre sí cada medio millón de años. A veces, una enana marrón se denomina estrella fallida porque no fusiona hidrógeno y helio como las estrellas más brillantes. Tanto la enana marrón como la estrella joven tienen discos protoplanetarios a su alrededor.

El equipo de la BU examinó por primera vez los discos en la nube de Tauro cuando Anneliese Rilinger, una estudiante graduada de quinto año en el departamento de astronomía de la BU, comenzó a estudiar el sistema estelar usando ondas de radio recogidos por el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), el radiotelescopio más grande del mundo. Rilinger tenía publicado previamente un estudio con Catherine Espaillat, profesora asociada de astronomía en CAS y coautora del nuevo artículo, observando los discos que rodean a las estrellas y modelando detalladamente las estructuras de los discos.

Su trabajo usando ondas de radio despertó el interés de Clemens, quien luego partió con el resto de su equipo, incluidos Rilinger, Espaillat y el investigador principal de la BU, Thesehara Pillai, para probar las observaciones de Rilinger del mismo sistema usando casiluz infrarroja– una longitud de onda más corta que las ondas de radio, justo más allá de lo que el ojo humano puede detectar por sí mismo. Querían demostrar que era posible modelar con precisión las ubicaciones de los discos utilizando herramientas alternativas y, como resultado, más accesibles.

Cuando las estrellas emiten luz, no está polarizada (lo que significa que las ondas de luz van en muchas direcciones). Pero a medida que la luz pasa a través de la densa nube molecular, esa luz se polariza (las ondas de luz oscilan en una dirección) debido a las propiedades de los granos de polvo y la campo magnético incrustado en la nube. Los investigadores utilizaron un polarímetro de infrarrojo cercano en el Observatorio del Telescopio Perkins de la BU para medir la polarización de la luz que pasa a través de la nube. La medición de la polarización permitió al equipo de investigación ver las firmas de las estrellas, lo que podría indicarles la orientación de los discos. Entonces, el desafío se convirtió en cómo sustraer los efectos de la nube circundante para descubrir la naturaleza exacta de la luz que proviene de las estrellas y revelar la orientación de los discos protoplanetarios, buscando polvo dentro de la nube de polvo.

El equipo confirmó que los datos de polarización del infrarrojo cercano coincidían con los datos de ondas de radio, lo que demuestra que es posible medir discos protoplanetarios sin herramientas a gran escala como ALMA. Su trabajo también reveló algo interesante sobre el sistema: los discos están en una extraña alineación, rara vez vistos por los astrónomos, paralelos entre sí y situados perpendiculares al campo magnético de la nube más grande. A menudo, discos protoplanetarios giran en paralelo al campo magnético de la nube de polvo, lo que hace que este sistema sea raro y brinda a los investigadores la oportunidad de obtener nuevos conocimientos sobre cómo los discos forman planetas.

«Fue emocionante y un gran desafío desarrollar el conocimiento de cómo eliminar las contribuciones de las nubes de las polarizaciones intrínsecas de las estrellas y los objetos estelares jóvenes; esto es algo que no se había hecho antes», dice Clemens. «La polarimetría del infrarrojo cercano que realizamos ofreció su propia visión única de los discos, así como la capacidad de observar en profundidad estas regiones ópticamente opacas donde se están formando nuevas estrellas». Sus herramientas se pueden utilizar para probar la presencia y las orientaciones de los discos en otras regiones profundamente ocultas del espacio.

Aunque todavía están en proceso de formación de planetas, la enana marrón y la estrella joven en la nube de Tauro ya parecen tener compañeros de menor masa que cruzan el límite entre ser un planeta o posiblemente otra enana marrón. En su porción de espacio, es probable que se formen planetas dentro de los próximos cinco millones de años.