ALMA revela nuevos conocimientos sobre la formación de planetas en sistemas binarios

El estudio revela importantes vínculos entre las propiedades de estos discos y sus estrellas anfitrionas, mejorando la comprensión de las condiciones que favorecen o inhiben la formación planetaria.

En el marco de la 244ª reunión de la Sociedad Astronómica de Estados Unidos (AAS), un equipo de investigación dio a conocer innovadores hallazgos de un programa pionero de alta resolución angular que arrojó nueva luz sobre el proceso de formación de planetas en discos circunestelares alrededor de estrellas jóvenes en sistemas binarios. Aprovechando las capacidades incomparables del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), en Chile, y el telescopio Keck II de 10 metros, en Hawái, el estudio ofrece una comprensión transformadora de las condiciones que fomentan o inhiben la formación de planetas.

Se sabe que los discos primordiales de gas y polvo alrededor de estrellas jóvenes son el lugar de nacimiento de los planetas. Sin embargo, los factores que garantizan que estos discos duren lo suficiente para la formación de planetas y las causas de su disipación temprana aún no están claros. Los discos circunestelares en sistemas binarios anteriores a la secuencia principal ofrecen un entorno ideal para investigar estas cuestiones. Al examinar las propiedades del disco, como el tamaño, la subestructura y la inclinación, en relación con características estelares como la velocidad de rotación y la intensidad del campo magnético, los investigadores están comenzando a desentrañar las complejas interacciones que dan forma a estos entornos. Dado que los sistemas binarios y de estrellas múltiples son muy comunes, estudiarlos es particularmente importante.

Esta innovadora investigación combina imágenes milimétricas de discos circunestelares realizadas con ALMA y espectroscopía de alta resolución de estrellas jóvenes utilizando el espectrómetro NIRSPEC del observatorio Keck. Al centrarse en sistemas binarios con órbitas relativamente bien determinadas, el equipo pudo controlar los parámetros orbitales y resaltar las relaciones críticas entre las propiedades de los discos circunestelares y sus estrellas anfitrionas.

El examen detallado del estudio de las estrellas binarias cuasi gemelas DF Tau con una separación promedio de 14 unidades astronómicas (donde 1 ua equivale a la distancia Tierra-Sol) en una órbita alargada, revela polvo frío en dos discos circunestelares detectados por ALMA. Un disco está bloqueado magnéticamente a su estrella central y está acumulando activamente material en la estrella, mientras que la región interna del otro disco parece haberse erosionado y desacoplado de su estrella central que gira rápidamente, lo que sugiere un vínculo potencial entre la rotación estelar y el bloqueo magnético del disco y disipación temprana del disco. Las desalineaciones entre la órbita de DF Tau, los discos circunestelares y las inclinaciones estelares pueden afectar la evolución del disco.

En contraste, otra joven estrella gemela, FO Tau, una binaria de 22 ua en una órbita más circular, muestra discos detectados por ALMA bien alineados con la órbita binaria. Ambos componentes exhiben velocidades de rotación modestas y parecen estar bloqueados magnéticamente a sus discos. Estas observaciones revelan un comportamiento similar tanto en los discos como en las estrellas, proporcionando nuevos conocimientos sobre la dinámica de la longevidad y la disipación de los discos.

Las observaciones de alta resolución angular de ALMA han mostrado intrincadas subestructuras de discos, incluidos patrones espirales, espacios y formaciones de anillos alrededor de estrellas individuales y compañeras binarias amplias. Aunque las subestructuras de los discos aún no están resueltas en DF Tau y FO Tau, la capacidad de determinar las propiedades masivas de los discos en sistemas binarios cercanos marca un avance significativo en nuestra comprensión de los entornos de formación de planetas.

Información adicional

Respaldada en parte por los premios NSF AST-1313399 y AST-2109179, esta investigación revela un progreso único en el campo de la astronomía. Los conocimientos adquiridos no sólo mejoran nuestra comprensión de la dinámica de los discos circunestelares, sino que también allanan el camino para futuros descubrimientos sobre los mecanismos de formación de planetas.

Este trabajo también fue apoyado por el Premio Keck PI Data de la NASA, administrado por el Instituto de Ciencias de Exoplanetas de la NASA. Los datos presentados aquí se obtuvieron en el Observatorio W. M. Keck a partir del tiempo de uso del telescopio asignado a la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio a través de la asociación científica de la agencia con el Instituto de Tecnología de California y la Universidad de California. El Observatorio fue posible gracias al generoso apoyo financiero de la Fundación W. M. Keck. El equipo desea reconocer el importante papel cultural y la reverencia que la cumbre de Maunakea siempre ha tenido dentro de la comunidad indígena hawaiana. Somos muy afortunados de tener la oportunidad de realizar observaciones desde esta montaña.

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembro, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán (NSTC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI)

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembro; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.