domingo, 14 de julio de 2013

Los huecos en los discos de escombros podrían no ser causados por la presencia de planetas

Este gráfico compara la masa de gas de varios sistemas de discos de escombros donde la inestabilidad fotoeléctrica es más importante. Sistemas como TW Hydrae contienen tanto gas que la inestabilidad se suprime, pero podrían surgir en regiones relativamente libres de gas cerca del centro del disco.
Crédito de la imagen: Goddard Space Flight Center de la NASA
Se sabe que muchas estrellas jóvenes que albergan planetas también poseen discos de escombros a su alrededor. Las partículas de hielo y polvo que componen estos discos colisionan entre sí formando pequeños cuerpos rocosos, como asteroides y cometas, que orbitarán también alrededor de la estrella.

A menudo, estos discos muestran anillos o patrones en espiral bien definidos, que hasta ahora se pensaba que eran debidos a la presencia de planetas en dichas órbitas. Por ello, los astrónomos estudian estas estructuras para comprender mejor las propiedades físicas de los planetas, su evolución, y también para localizar nuevos cuerpos celestes.

Pero un nuevo estudio realizado por un equipo de científicos de la NASA advierte que no siempre se puede interpretar la presencia de anillos en los escombros como señales de la presencia de nuevos planetas. Gracias a la interacción entre el gas y el polvo, los discos de escombros pueden, en determinadas condiciones, producir anillos estrechos sin la presencia de planetas.

 "Cuando la masa del gas presente en el disco es equiparable a la masa del polvo, los dos interactúan en un camino que lleva a la aglutinación del polvo y a la formación de patrones", dijo el investigador principal, Wladimir Lyra, miembro del JPL. "En esencia, el gas pastorea el polvo formando las mismas estructuras que veríamos si estuviese presente un planeta".


El artículo que describe este descubrimientos se ha publicado en la edición de 1 de julio de Nature.

El polvo caliente presente en los discos de polvo es muy fácil de detectar gracias a su emisión en el infrarrojo, pero la estimación del contenido de gas es una labor mucho más dificultosa. Como resultado, los estudios teóricos tienden a centrarse en el papel que ejercen las partículas de polvo y hielo en los discos, relegando en cierta medida, las interacciones que provoca el gas presente. Sin embargo, los granos de hielo se evaporan causando colisiones entre el gas emitido y las partículas de polvo cercanas, así que, en algún nivel, todos los discos de escombros poseen cierta cantidad de gas.

"Todo lo que necesitamos para producir en las simulaciones anillos estrechos y otras estructuras en los discos de escombros en un poco de gas. Pero la mayoría de los sistemas actuales no están capacitados para detectar estas pequeñas cantidades", dijo el coautor Marc Kuchner.

He aquí cómo funciona. Cuando la luz ultravioleta de la estrella central de alta energía golpea a los granos de polvo y hielo, provoca que los electrones de estas partículas alcancen una gran velocidad chocando posteriormente con el gas cercano. El aumento de la presión de este gas cambia la fuerza de arrastre sobre el polvo en órbita, causando un crecimiento del conglomerado y un calentamiento más óptimo del gas. Esta interacción, que los astrónomos llaman inestabilidad fotoeléctrica, continúa en cascada. Finalmente, esta actividad, causa que en decenas de miles de años, un tiempo relativamente corto en comparación con otras fuerzas presentes en el sistema solar joven, se formen estructuras en forma de anillos y otras características ovales.

Un modelo desarrollado por Lyra y Kuchner muestra el proceso de trabajo.

"Estamos fascinados viendo cómo se crean estas estructuras en las simulaciones", dijo Lira. "Algunos de los anillos comienzan a oscilar mostrando la apariencia que tienen las estructuras generadas por la presencia de planetas, por ejemplo, estructuras como la que presenta el disco de escombros de Fomalhaut".

En las simulaciones también se observa la dinámica de estos anillos. Cuando un anillo crece y es demasiado denso, se rompe en arcos que gradualmente se reducen hasta quedar un único grupo compacto. En los discos de escombros reales, algunos de estos grupos densos podrían reflejar la suficiente luz como para ser observados directamente.

"El siguiente paso es observar estos grupos", añade Kuchner.

Los investigadores concluyen que la inestabilidad fotoeléctrica proporciona una explicación simple y plausible para muchas de las características encontradas en los discos de escombros, por lo que el trabajo de los astrónomos en la búsqueda de planetas se torna ahora un poco más difícil.



Más información en el enlace.




Vea el cambio de densidad de polvo y el crecimiento de la estructura en este disco de escombros simulados, que se extiende alrededor de 100 veces más lejos de su estrella que la órbita de la Tierra alrededor del sol. A la izquierda, el disco se ve desde un ángulo de 24 grados, a la derecha,  de frente. Los colores más claros indican una mayor densidad de polvo.
Crédito de la imagen:
NASA Goddard / W. Lyra (JPL-Caltech), M. Kuchner (Goddard)







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