Estudio de cinturones de exocometas de ALMA y del SMA está transformando nuestra comprensión de los sistemas planetarios  

17 Enero, 2025 / Tiempo de lectura: 8 minutes

Artículo científico

El Cinturón de Edgeworth-Kuiper (o simplemente, Cinturón de Kuiper) es una enorme estructura que se extiende entre 30 y 50 veces la distancia de la Tierra al Sol, repleta de objetos helados y rocosos. Pero ¿de dónde procede?  

En su infancia, el Sol estaba rodeado por una gigantesca nube giratoria de gas y polvo. Al igual que se hace una pizza a partir de una bola de masa, al rotar con el tiempo, la nube acabó convirtiéndose en un disco plano, al que llamamos disco protoplanetario.  

Allí, los granos de polvo chocaron y se fusionaron en estructuras cada vez más grandes, y una vez que alcanzaron un tamaño de un kilómetro, su propia gravedad empezó a atraer más objetos, alimentando aún más su crecimiento. Así es -en una versión muy resumida- como creemos que se formaron los planetas. De hecho, hemos visto que este proceso tiene lugar en otros sistemas planetarios más allá del nuestro. Sin embargo, también sabemos que no todo el polvo acabó formando planetas.  

Las y los astrónomos creen que la influencia de grandes planetas como Neptuno podría haber impedido que el polvo más allá de su órbita creara nuevos planetas, dejándonos sólo un cinturón de escombros. Sin embargo, estos restos son en realidad un tesoro espacial oculto.   

En la actualidad, el Cinturón de Kuiper es una colección de rocas espaciales polvorientas y heladas, que van desde granos de polvo y guijarros hasta cometas y planetas enanos. De unos pocos milímetros a kilómetros de diámetro, muchos de estos objetos han cambiado poco desde su formación. Congelados (literalmente) en el tiempo, son restos de las primeras etapas del Sistema Solar, y nos dicen mucho sobre sus propiedades iniciales. 

Cinturones de desechos como el Cinturón de Kuiper existen también en otros sistemas planetarios. A grandes rasgos, se conocen como «cinturones de planetesimales», ya que los objetos que contienen tienen el potencial de fusionarse para formar planetas, o “cinturones de exocometas”, ya que suelen esconder cometas (planetesimales helados) en su interior. Pero, ¿cómo podemos observar estos cinturones?  

A primera vista, encontrar cinturones de exocometas debería ser fácil, dado su gran tamaño. Sin embargo, en realidad, los cinturones han sido difíciles de observar y de obtener imágenes.  

La razón es su temperatura. Los objetos que se encuentran dentro de un cinturón de exocometas están muy lejos de su estrella anfitriona y, por tanto, son extremadamente fríos. En el cinturón de Kuiper, por ejemplo, las temperaturas oscilan entre -250 y -150 grados Celsius. A estas bajas temperaturas, los cinturones sólo brillan en longitudes de onda largas, lo que dificulta su observación para la mayoría de los telescopios, aunque no a todos. 

Uno de los telescopios que puede observarlos es el Atacama Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Este conjunto de 66 antenas situado en el norte de Chile está diseñado específicamente para detectar la radiación de longitud de onda larga procedente de fuentes astronómicas frías, como los cinturones de exocometas.  

Utilizando ALMA, el Conjunto Submilimétrico de Hawái (SMA) y datos de archivo, un equipo dirigido por Luca Matrà, profesor asociado de la Universidad de Dublín, se ha embarcado en una misión para obtener imágenes de tantos cinturones de exocometas como sea posible, en todas las etapas, desde recién formados hasta muy maduros. El estudio, denominado Observaciones Resueltas de ALMA y SMA de Estrellas Cercanas (REASONS, por su sigla en inglés), es el mayor de su tipo hasta la fecha.  

El estudio contiene imágenes de 74 cinturones alrededor de sistemas planetarios «cercanos» que se encuentran a menos de 500 años luz de nosotros. Los resultados se han publicado en Astronomy and Astrophysics y ya están poniendo en tela de juicio las ideas que los astrónomos tenían sobre estas estructuras.  

No todos los cinturones son iguales. El estudio REASONS ha revelado que los cinturones de exocometas tienen formas, tamaños y edades muy variados, pero dentro de esta variación, la comunidad científica está empezando a ver algunos patrones. 

Uno de estos patrones es que los cinturones son notablemente más grandes de lo esperado. Los cinturones más pequeños están más cerca de su estrella anfitriona, lo que los hace más calientes, brillantes y teóricamente más fáciles de encontrar. Sin embargo, las nuevas observaciones indican que son muy escasos. Esto significa que, o bien la mayoría de los cinturones se forman más lejos, o bien que los cinturones más pequeños tienen menos masa y, por lo tanto, más difíciles de detectar.  

El equipo también confirmó hallazgos anteriores: a medida que los cinturones evolucionan, las colisiones que se producen en su interior aplastan los objetos grandes y los convierten en otros más pequeños. Si este proceso fuera más rápido en los cinturones más cercanos a sus estrellas, también podría explicar por qué no se encontraron cinturones pequeños.  

Estos cinturones no sólo son más grandes de lo que se pensaba, sino que también se extienden más. Imagina un donut con un pequeño agujero, en lugar de un aro de cebolla. Los cinturones más delgados (los que llamaríamos con forma de “anillo”) son poco frecuentes en el estudio.  

Una posibilidad es que los cinturones se ensanchen con el paso del tiempo. Sin embargo, los primeros resultados de este estudio muestran que los cinturones más antiguos no son necesariamente más anchos, lo que indica que probablemente no sea así. Otra posibilidad es que los cinturones anchos tengan huecos en su interior que los dividirían en anillos más delgados, pero que aún no podemos ver. 

Pero aquí no acaba la historia de los cinturones. Las y los investigadores creen que los futuros telescopios podrán descubrir subestructuras dentro de los cinturones, como huecos y anillos. Los cinturones podrían incluso esconder planetas enanos como Plutón, listos para ser descubiertos.  

Pero estudiar estos cinturones es algo más que buscar tesoros espaciales, también es aprender sobre la historia del Sistema Solar y del propio planeta.  

La Tierra no pierde de vista el Cinturón de Kuiper, una gran fuente de asteroides y cometas. Dado que un asteroide causó una gran extinción hace 65 millones de años, es comprensible que estemos preocupados. Sin embargo, una teoría sugiere que al menos parte del agua de la Tierra puede haber llegado también del Cinturón de Kuiper, conocido por ser un gigantesco depósito de agua congelada. Grandes planetas lejanos como Neptuno o Urano pueden haber desempeñado un papel crucial en la propulsión de cometas portadores de agua hacia nosotros, proporcionando un elemento que de otro modo sería bastante raro en la Tierra primitiva. Sólo el tiempo dirá si debemos nuestras vidas a las rocas espaciales.  

A medida que conozcamos más sobre los cinturones de exocometas, quizá podamos comprender por fin el papel que desempeñan en la formación y evolución de los sistemas planetarios. 

Información adicional

Los resultados de las observaciones se encuentran publicados en el siguiente artículo científico:

Matrà et.al "REsolved ALMA and SMA Observations of Nearby Stars (REASONS): A population of 74 resolved planetesimal belts at millimetre wavelengths". Publicado en Astronomy & Astrophysics.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Europeo Austral (ESO), un socio de ALMA en representación de Europa.

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.

Imágenes