Nuevas técnicas de obtención de imágenes revelan viveros de planetas con una precisión sin precedentes
La detección de planetas que aún se están formando en su entorno natal de discos protoplanetarios de gas y polvo de menos de unos pocos millones de años es un objetivo importante para la astrofísica. El proyecto ImagePlanetFormDiscs, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, ha desarrollado técnicas de obtención de imágenes con el fin de ayudar en la búsqueda a escalas pequeñas sin precedentes, una fracción de la órbita del sistema solar de la Tierra. El proyecto también utilizó simulaciones para mostrar cómo responden estos discos a la presencia de un planeta o a la fuerza gravitacional de varias estrellas. Estudiar el proceso de acreción de la materia en un sistema estelar binario joven permitió al equipo demostrar que las técnicas de interferometría pueden separar las contribuciones de acreción de una estrella compañera de las de la estrella primaria más grande. «Al sondear diferentes longitudes de onda y escalas espaciales, nuestros estudios rastrean la extensión total de los discos protoplanetarios, desde escalas que se corresponden con la órbita de Mercurio hasta diez veces la órbita de Neptuno en nuestro sistema solar», afirma Stefan Kraus,coordinador del proyecto.
Mirar a través del polvo
El equipo caracterizó el disco de forma extraña de GW Orionis y creó un modelo tridimensional combinando imágenes de polvo térmico e imágenes de luz dispersa. «Fue un momento de descubrimiento, pues nuestras observaciones muestran que el disco es sumamente retorcido, no plano. Para comprender la causa de esta distorsión extrema del disco, mapeamos las órbitas exactas de las tres estrellas que hay en su centro», añade Kraus. Una simulación del disco que rodea a GW Orionis dejó entrever que la fuerza gravitacional en competición de las tres estrellas ha roto y deformado el disco. «Aunque, en el ámbito teórico, ya se había predicho el proceso de rotura del disco, esta es la primera vez que se ha observado», señala Kraus. El equipo también obtuvo imágenes del disco que rodea a la estrella V1247 Orionis, estudiada a fondo con ALMA y el Telescopio Muy Grande (Very Large Telescope, VLT), en múltiples longitudes de onda y encontró una asimetría en forma de media luna que sugiere un vórtice que atrapa polvo, posiblemente provocada por un planeta aún por descubrir. Además, mediante el uso de interferometría de resolución espectral alta, el equipo midió por primera vez la orientación espín-órbita de un sistema exoplanetario fotografiado directamente: Beta Pictoris.
Interferometría
Las estrellas y los planetas se forman por acreción cuando se añade material de una estructura grande a otra pequeña. ImagePlanetFormDiscs utilizó técnicas de interferometría para estudiar la estructura de los discos de formación de los planetas con el objetivo de localizar la acreción y probar si las imágenes interferométricas podrían detectar planetas jóvenes. La interferometría combina diferentes telescopios para obtener imágenes de una nitidez sin precedentes. Anteriormente, el Combinador Infrarrojo Michigan (MIRC) del conjunto de telescopios del CHARA había capturado estructuras de la superficie estelar, pero carecía de la sensibilidad necesaria para observar estrellas jóvenes débiles. ImagePlanetFormDiscs mejoró la sensibilidad del instrumento mediante la sustitución de la cámara y otras piezas del sistema óptico. Los esfuerzos del equipo contaron con la ayuda de una nueva generación de detectores de infrarrojos que amplían las señales. Capaz de fijar efectivamente imágenes de turbulencias atmosféricas a una velocidad de varios miles de imágenes por segundo, este detector de «foto diodo de avalancha de electrones» mejoró la sensibilidad del instrumento MIRC con un factor 20. «El MIRC-X es el generador de imágenes infrarrojas de mayor resolución del mundo y permitió las primeras observaciones interferométricas de estrellas jóvenes con una nitidez de imagen muy superior a una millonésima de grado», explica Kraus. Estas observaciones se complementaron con datos de los instrumentos PIONIER, GRAVITY y SPHERE en el VLT del Observatorio Europeo Austral en Chile, junto con el conjunto submilimétrico ALMA. Como parte de un nuevo proyecto llamado GAIA-BIFROST, ahora, el equipo construirá un instrumento para el interferómetro del VLT, para trabajar con el mismo rango de longitud de onda que el MIRC-X.
Palabras clave
ImagePlanetFormDiscs, disco, protoplanetario, fuerza gravitacional, infrarrojo, interferometría