Artículo científico

Un equipo científico internacional se ha embarcado en un nuevo y apasionante proyecto para buscar planetas en formación alrededor de estrellas jóvenes. El proyecto exoALMA, utilizando el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) en Chile, observó los polvorientos discos en donde nacen los planetas. Gracias a técnicas de captura avanzadas recientemente desarrolladas, exoALMA ha revelado las imágenes más nítidas de sistemas solares en formación de una forma nunca antes vista. Este proyecto de investigación ha generado 17 artículos científicos, con varios más por publicar en los próximos meses.  

"Los nuevos enfoques que hemos desarrollado para recopilar estos datos e imágenes son como pasar de unas gafas de lectura a unos binoculares de gran potencia: revelan un nivel de detalle totalmente nuevo en estos sistemas de formación planetaria", afirmó Richard Teague, investigador principal del proyecto exoALMA. "Vemos indicios de discos muy perturbados y dinámicos, que sugieren que los planetas jóvenes dan forma a los discos en los que nacen". El equipo se centró en 15 sistemas estelares jóvenes para cartografiar en detalle los movimientos del gas con el fin de descubrir los procesos que forman los sistemas planetarios y, en ciertos casos, identificar los signos reveladores de planetas en formación, como huecos y anillos en los discos de polvo alrededor de las estrellas, movimientos giratorios del gas causados por la gravedad de un planeta y cambios físicos en el disco que podrían señalar la presencia de un planeta. 

A diferencia de los métodos tradicionales de caza de planetas, que buscan la luz directa de un planeta joven, exoALMA busca los efectos que los planetas en formación tienen en su entorno. Este método permite a los astrónomos detectar planetas mucho más jóvenes que antes. "Es como intentar descubrir un pez buscando las ondas en un estanque, en lugar de intentar ver el pez en sí", añade Christophe Pinte (Instituto de Astrofísica y Planetología de Grenoble, Universidad de Monash), co-lider del equipo de exoALMA. 

El equipo destacó los retos técnicos que supone procesar las ingentes cantidades de datos para producir imágenes tan nítidas. "Desarrollamos nuevas técnicas para alinear con precisión las observaciones tomadas en diferentes momentos y eliminar el ruido y las distorsiones no deseadas", explicó el Dr. Ryan Loomis (NSF NRAO), que dirigió la publicación del procesamiento de datos. "Tuvimos que combinar y limpiar cuidadosamente los datos para revelar todos los detalles sutiles".  

Estos nuevos enfoques de calibración y el desarrollo de técnicas de procesamiento y análisis de datos a medida a partir del proyecto exoALMA mejorarán la capacidad de los astrónomos para cartografiar el proceso de formación de planetas en aspectos críticos: 

• Mayor resolución y sensibilidad: Las observaciones proporcionan una combinación sin precedentes de datos de alta resolución angular (100 mas o 14 au a las distancias típicas de las fuentes) y espectral (26 m/s) de la emisión de gas de los discos protoplanetarios, lo que permite a los astrónomos detectar estructuras y movimientos sutiles que revelan procesos clave de la formación de planetas. 

• Múltiples trazadores moleculares: Al observar simultáneamente la emisión de 12CO, 13CO y CS, los astrónomos pueden sondear diferentes capas verticales y condiciones físicas dentro de los discos.  

• Técnicas de imagen y calibración mejoradas: Los cuidadosos procedimientos de alineación, autocalibración e imagen desarrollados permiten obtener imágenes de mayor fidelidad con menos artefactos, lo que permite una detección más fiable de las características reales del disco.  

• Desarrollo y validación de métodos numéricos y analíticos: El perfeccionamiento de nuevas técnicas de análisis junto con exhaustivos esfuerzos de evaluación comparativa garantizan que toda la información se extrae con precisión de los datos, mientras que las simulaciones ofrecen predicciones sólidas que se pueden probar. 

Aprovechando estas técnicas recién desarrolladas y el conjunto de datos, el equipo de exoALMA consiguió cartografiar la estructura de densidad, temperatura y velocidad de los discos de formación planetaria con un detalle sin precedentes. "Este gran programa permitió un estudio sistemático de la estructura tridimensional de muchos de estos discos, proporcionando conocimientos clave sobre las propiedades físicas del entorno de formación de planetas", afirma Myriam Benisty (Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg), co-lider del equipo exoALMA. "Otra parte apasionante de esta investigación es que la mayor parte de este trabajo fue realizado por investigadores al principio de su carrera, que escribieron 12 de nuestros 17 artículos", añade Misato Fukagawa (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), co-lider del programa. 

Entre los resultados más destacados de esta primera entrega del programa exoALMA, el equipo de investigación arrojó luz sobre varias cuestiones abiertas relacionadas con la formación de planetas. El estudio demostró sin ambigüedades que los discos protoplanetarios son entornos altamente dinámicos que presentan un sorprendente nivel de estructura en sus distribuciones de gas, que rivaliza con el de sus homólogos de polvo.  

La extracción de perfiles de velocidad de rotación, que suele alcanzar una precisión de 10 m/s, reveló sutiles desviaciones de la rotación kepleriana, lo que indica que las modulaciones de presión en el disco impulsan el transporte de grandes granos de polvo hacia los anillos que se observan en todos los discos. De forma similar a lo que se ha logrado con las curvas de rotación de galaxias completas para medir la masa de los halos de materia oscura, el equipo consiguió estimar la influencia gravitatoria del propio disco, lo que permite un enfoque novedoso para determinar la masa disponible para la formación de planetas, poniendo a prueba métodos alternativos que aprovechan los flujos de líneas.  

Por último, exoALMA proporciona los primeros datos sobre los mecanismos físicos clave en juego durante las primeras etapas de la formación de análogos del sistema solar al revelar interacciones dinámicas con compañeros o planetas, así como inestabilidades complejas. 

"Este análisis conjunto del gas y el polvo arroja luz sobre los procesos activos en el interior de un disco protoplanetario, que pueden ser responsables de la estructura tan comúnmente observada", comenta Stefano Facchini, co-lider de exoALMA, con sede en la Universidad de Milán.  

De cara al futuro, el proyecto exoALMA promete revolucionar la comprensión de los científicos sobre cómo interactúan los planetas con sus entornos natales y abordar el reto de las fuentes altamente asimétricas, como revela el complejo patrón cinemático bidimensional de estos discos. Los primeros resultados de exoALMA se publican en una serie de artículos en The Astrophysical Journal Letters. Todos los datos e imágenes se pondrán a disposición del público para contribuir a nuevos descubrimientos científicos.  

Información adicional 

El estudio fue dirigido por Richard Teague (MIT), Myriam Benisty (MPIA, Université Côte d’Azur), Stefano Facchini (Università degli Studi di Milano), Misato Fukagawa (NAOJ), Christophe Pinte (Université Grenoble Alpes, Monash University).

Los resultados de los distintos estudios del programa pueden encontrarse en la página web de exoALMA y en el repositorio virtual de Astrophysical Journal Letters.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de Estados Unidos, socio de ALMA en representación de Norteamérica. 

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.

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