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| Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), I. Czekala y G. Kennedy; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello |
En el Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) han encontrado geometrías orbitales sorprendentes en discos protoplanetarios alrededor de estrellas binarias. Mientras que los discos que orbitan en los sistemas estelares binarios más compactos comparten casi el mismo plano, los discos que rodean binarios anchos tienen planos orbitales muy inclinados. Estos sistemas pueden enseñarnos sobre la formación de planetas en entornos complejos.
En las últimas dos décadas, se han encontrado miles de planetas en órbita alrededor de estrellas distintas de nuestro Sol. Algunos de estos planetas orbitan dos estrellas, al igual que el planeta de Luke Skywalker, Tatooine. Los planetas nacen en discos protoplanetarios, ahora tenemos observaciones maravillosas de estos gracias a ALMA, pero la mayoría de los discos estudiados hasta ahora orbitan estrellas individuales. Los exoplanetas 'Tatooine' se forman en discos alrededor de estrellas binarias, los llamados discos circumbinarios.
Estudiar los lugares de nacimiento de los planetas 'Tatooine' brinda una oportunidad única para aprender cómo se forman los planetas en diferentes entornos. Los astrónomos ya saben que las órbitas de las estrellas binarias pueden deformar e inclinar el disco a su alrededor, lo que resulta en un disco circumbinario desalineado en relación con el plano orbital de sus estrellas anfitrionas. Por ejemplo, en un estudio de 2019 dirigido por Grant Kennedy de la Universidad de Warwick, Reino Unido, ALMA encontró un sorprendente disco circumbinario en una configuración polar.
"Con nuestro estudio, queríamos aprender más sobre las geometrías típicas de los discos circumbinarios", dijo el astrónomo Ian Czekala de la Universidad de California en Berkeley. Czekala y su equipo utilizaron datos de ALMA para determinar el grado de alineación de diecinueve discos protoplanetarios alrededor de estrellas binarias. "Los datos de ALMA de alta resolución fueron críticos para estudiar algunos de los discos circumbinarios más pequeños y débiles hasta ahora", dijo Czekala.
Los astrónomos compararon los datos de ALMA de los discos circumbinarios con la docena de planetas 'Tatooine' que se han encontrado con el telescopio espacial Kepler. Para su sorpresa, el equipo descubrió que el grado en que las estrellas binarias y sus discos circumbinarios están desalineados depende en gran medida del período orbital de las estrellas anfitrionas. Cuanto más corto es el período orbital de la estrella binaria, es más probable que aloje un disco en línea con su órbita. Sin embargo, los archivos binarios con períodos superiores a un mes suelen alojar discos desalineados.
"Vemos una clara superposición entre los pequeños discos, los binarios compactos en órbita y los planetas circumbinarios encontrados con la misión Kepler", dijo Czekala. Debido a que la misión principal de Kepler duró 4 años, los astrónomos solo pudieron descubrir planetas alrededor de estrellas binarias que orbitan entre sí en menos de 40 días. Y todos estos planetas estaban alineados con sus órbitas de estrellas anfitrionas. Un misterio persistente era si podría haber muchos planetas desalineados que Kepler tendría dificultades para encontrar. "Con nuestro estudio, ahora sabemos que es probable que Kepler no haya una gran población de planetas desalineados, ya que los discos circumbinarios alrededor de estrechas estrellas binarias también están típicamente alineados con sus anfitriones estelares", agregó Czekala.
Aún así, en base a este hallazgo, los astrónomos concluyen que los planetas desalineados alrededor de estrellas binarias anchas deberían estar ahí afuera y que sería una población emocionante buscar con otros métodos de búsqueda de exoplanetas como la imagen directa y la microlente. (La misión Kepler de la NASA utilizó el método de tránsito, que es una de las formas de encontrar un planeta).
Czekala ahora quiere descubrir por qué existe una correlación tan fuerte entre la alineación (incorrecta) del disco y el período orbital de la estrella binaria. "Queremos usar las instalaciones existentes y futuras como ALMA y la próxima generación de Very Large Array para estudiar estructuras de discos con niveles de precisión exquisitos", dijo, "y tratar de comprender cómo los discos deformados o inclinados afectan el entorno de formación del planeta y cómo esto podría influir en la población de planetas que se forman dentro de estos discos".
"Esta investigación es un gran ejemplo de cómo los nuevos descubrimientos se basan en observaciones anteriores", dijo Joe Pesce, Oficial de Programas de la Fundación Nacional de Ciencias para NRAO y ALMA. "Distinguir las tendencias en la población de discos circumbinarios solo fue posible al construir sobre la base de los programas de observación de archivos emprendidos por la comunidad de ALMA en ciclos anteriores".
En las últimas dos décadas, se han encontrado miles de planetas en órbita alrededor de estrellas distintas de nuestro Sol. Algunos de estos planetas orbitan dos estrellas, al igual que el planeta de Luke Skywalker, Tatooine. Los planetas nacen en discos protoplanetarios, ahora tenemos observaciones maravillosas de estos gracias a ALMA, pero la mayoría de los discos estudiados hasta ahora orbitan estrellas individuales. Los exoplanetas 'Tatooine' se forman en discos alrededor de estrellas binarias, los llamados discos circumbinarios.
Estudiar los lugares de nacimiento de los planetas 'Tatooine' brinda una oportunidad única para aprender cómo se forman los planetas en diferentes entornos. Los astrónomos ya saben que las órbitas de las estrellas binarias pueden deformar e inclinar el disco a su alrededor, lo que resulta en un disco circumbinario desalineado en relación con el plano orbital de sus estrellas anfitrionas. Por ejemplo, en un estudio de 2019 dirigido por Grant Kennedy de la Universidad de Warwick, Reino Unido, ALMA encontró un sorprendente disco circumbinario en una configuración polar.
"Con nuestro estudio, queríamos aprender más sobre las geometrías típicas de los discos circumbinarios", dijo el astrónomo Ian Czekala de la Universidad de California en Berkeley. Czekala y su equipo utilizaron datos de ALMA para determinar el grado de alineación de diecinueve discos protoplanetarios alrededor de estrellas binarias. "Los datos de ALMA de alta resolución fueron críticos para estudiar algunos de los discos circumbinarios más pequeños y débiles hasta ahora", dijo Czekala.
Los astrónomos compararon los datos de ALMA de los discos circumbinarios con la docena de planetas 'Tatooine' que se han encontrado con el telescopio espacial Kepler. Para su sorpresa, el equipo descubrió que el grado en que las estrellas binarias y sus discos circumbinarios están desalineados depende en gran medida del período orbital de las estrellas anfitrionas. Cuanto más corto es el período orbital de la estrella binaria, es más probable que aloje un disco en línea con su órbita. Sin embargo, los archivos binarios con períodos superiores a un mes suelen alojar discos desalineados.
"Vemos una clara superposición entre los pequeños discos, los binarios compactos en órbita y los planetas circumbinarios encontrados con la misión Kepler", dijo Czekala. Debido a que la misión principal de Kepler duró 4 años, los astrónomos solo pudieron descubrir planetas alrededor de estrellas binarias que orbitan entre sí en menos de 40 días. Y todos estos planetas estaban alineados con sus órbitas de estrellas anfitrionas. Un misterio persistente era si podría haber muchos planetas desalineados que Kepler tendría dificultades para encontrar. "Con nuestro estudio, ahora sabemos que es probable que Kepler no haya una gran población de planetas desalineados, ya que los discos circumbinarios alrededor de estrechas estrellas binarias también están típicamente alineados con sus anfitriones estelares", agregó Czekala.
Aún así, en base a este hallazgo, los astrónomos concluyen que los planetas desalineados alrededor de estrellas binarias anchas deberían estar ahí afuera y que sería una población emocionante buscar con otros métodos de búsqueda de exoplanetas como la imagen directa y la microlente. (La misión Kepler de la NASA utilizó el método de tránsito, que es una de las formas de encontrar un planeta).
Czekala ahora quiere descubrir por qué existe una correlación tan fuerte entre la alineación (incorrecta) del disco y el período orbital de la estrella binaria. "Queremos usar las instalaciones existentes y futuras como ALMA y la próxima generación de Very Large Array para estudiar estructuras de discos con niveles de precisión exquisitos", dijo, "y tratar de comprender cómo los discos deformados o inclinados afectan el entorno de formación del planeta y cómo esto podría influir en la población de planetas que se forman dentro de estos discos".
"Esta investigación es un gran ejemplo de cómo los nuevos descubrimientos se basan en observaciones anteriores", dijo Joe Pesce, Oficial de Programas de la Fundación Nacional de Ciencias para NRAO y ALMA. "Distinguir las tendencias en la población de discos circumbinarios solo fue posible al construir sobre la base de los programas de observación de archivos emprendidos por la comunidad de ALMA en ciclos anteriores".
Más información: Ian Czekala et al, El grado de alineación entre los discos circumbinarios y sus anfitriones binarios, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab287b
