Descubiertas dos familias de cometas alrededor de una estrella cercana

Crédito: ESO/L. Calçada

El instrumento HARPS, que se encuentra en el Observatorio La Silla de ESO, en Chile, se ha utilizado para hacer el censo más completo elaborado hasta el momento de los cometas que hay alrededor de otra estrella. Un equipo de astrónomos franceses ha estudiado casi 500 cometas individuales orbitando la estrella Beta Pictoris y ha descubierto que pertenecen a dos familias distintas de exocometas: exocometas viejos que han pasado numerosas veces cerca de la estrella y exocometas más jóvenes que, probablemente, provenían de la reciente ruptura de uno o más objetos de mayor tamaño. Los resultados aparecerán en la revista Nature el 23 de octubre de 2014.

Beta Pictoris es una joven estrella situado a 63 años luz del Sol. Tiene sólo unos 20 millones años y está rodeada por un enorme disco de material — un sistema planetario joven muy activo donde se producen gas y polvo a partir de la evaporación de cometas y las colisiones de asteroides.

Flavien Kiefer (IAP/CNRS/UPMC), autor principal del nuevo estudio, nos pone en situación: "¡Beta Pictoris es un interesantísimo objeto de estudio! Las detalladas observaciones de sus exocometas nos dan pistas para ayudarnos a comprender qué procesos tienen lugar en este tipo de sistema planetario joven." Durante casi 30 años, los astrónomos han observado sutiles cambios en la luz que proviene de Beta Pictoris, asumiendo que estos cambios se debían al paso de los cometas delante de la propia estrella. Los cometas son cuerpos pequeños, de unos pocos kilómetros de tamaño, pero con mucho hielo, que se evapora cuando se acerca a su estrella, produciendo enormes colas de gas y polvo que pueden absorber parte de la luz que pasa a través de ellos. La tenue luz de los exocometas es casi imperceptible, fundiéndose con la luz de la brillante estrella, de manera que no se pueden observar directamente desde tierra.

Esta imagen compuesta representa el ambiente cercano a Beta Pictoris tal como es visto en el infrarrojo cercano. Este medio ambiente muy tenue es revelado después de sustraer muy cuidadosamente el brillante halo estelar. La parte externa de la imagen muestra la luz reflejada en el polvo del disco, como fue observado en 1996 con el instrumento ADONIS en el telescopio de 3,6 metros de ESO; la parte interior es la parte más interna del sistema, vista a 3,6 micrones con NACO en el Very Large Telescope. La fuente recién detectada es más de 1000 veces más débil que Beta Pictoris, alineada con el disco, a una distancia proyectada de 8 veces la distancia Tierra-Sol. Esto corresponde a 0,44 arcosegundos en el cielo, o el ángulo sostenido por una moneda vista a la distancia de unos 10 kilómetros. Debido a que el planeta es aún muy joven todavía está muy caliente, con una temperatura de alrededor de1200 grados Celsius. Ambas partes de la imagen fueron obtenidas por telescopios de ESO equipados con óptica adaptativa. Crédito: ESO/A.-M. Lagrange et al.

Para estudiar los exocometas de Beta Pictoris, el equipo analizó más de 1.000 observaciones obtenidas entre 2003 y 2011 con el instrumento HARPS , instalado en el telescopio ESO de 3,6 metros en el Observatorio La Silla, en Chile.

Los investigadores seleccionaron una muestra de 493 exocometas diferentes. Algunos exocometas se observaron varias veces y durante unas cuantas horas. Tras un análisis cuidadoso, se obtuvieron medidas de la velocidad y el tamaño de las nubes de gas. También pudieron deducirse algunas de las propiedades orbitales de cada uno de estos exocometas, tales como la forma y la orientación de la órbita y la distancia a la estrella.

Este análisis de varios centenares de exocometas en un solo sistema exoplanetario es único. Reveló la presencia de dos familias distintas de exocometas: una familia de exocometas viejos, cuyas órbitas están controladas por un planeta masivo [1], y otra familia, probablemente derivada de la reciente ruptura de uno o varios objetos más grandes. En el Sistema solar también existen diferentes familias de cometas.

Con una edad de tan sólo 12 millones de años, menos de tres milésimas partes de la edad del Sol, Beta Pictoris es un 75% más masiva que nuestro astro. Se encuentra a unos 60 años-luz de distancia en la constelación de Pictor (el Pintor) y es uno de los ejemplos más conocidos de una estrella rodeada por un disco de escombros y polvo. Observaciones anteriores mostraron un pliegue en el disco, un disco secundario inclinado y cometas cayendo hacia la estrella, todas señales indirectas, pero reveladoras, que sugieren fuertemente la presencia de un planeta masivo. Observaciones realizadas con el instrumento NACO instalado en el Very Large Telescope (VLT) de ESO en 2003, 2008 y 2009 probaron la presencia de un planeta alrededor de Beta Pictoris. Se ubica a una distancia de 8 a 15 Unidades Astronómicas (UA) –una UA es la distancia entre la Tierra y el Sol-, lo que más o menos equivale a la distancia que existe entre Saturno y el Sol. El planeta tiene una masa cercana a nueve veces la de Júpiter y la masa y ubicación correctas para explicar el pliegue observado en las partes internas del disco. Esta imagen, basada en datos del Digitized Sky Survey 2, muestra una zona de aproximadamente 1,7 x 2,3 grados alrededor de Beta Pictoris. Crédito: ESO/Digitized Sky Survey 2

Los exocometas de la primera familia tienen diversos tipos de órbitas y muestran una actividad bastante débil, con bajas tasas de producción de gas y polvo. Esto sugiere que estos cometas han agotado sus suministros de hielo al haber pasado numerosas veces cerca de Beta Pictoris [2]. Los exocometas de la segunda familia son mucho más activos y también se encuentran en órbitas casi idénticas [3]. Esto sugiere que todos los miembros de la segunda familia tienen el mismo origen: probablemente, la descomposición de un objeto más grande cuyos fragmentos están dando vueltas alrededor de la estrella Beta Pictoris.

Flavien Kiefer concluye: "por primera vez, un estudio estadístico ha determinado la física y las órbitas de un gran número de exocometas. Este trabajo ofrece una importante información acerca de los mecanismos que estaban teniendo lugar en el Sistema Solar justo después de su formación, hace 4.500 millones de años".

Por primera vez, los astrónomos han sido capaces de seguir directamente el movimiento de un exoplaneta desplazándose desde un lugar a otro de su estrella anfitriona. El planeta posee la órbita más pequeña que se conoce de todos los exoplanetas fotografiados directamente, con una distancia a su estrella similar a la que existe entre Saturno y el Sol.
El equipo usó el instrumento NAOS-CONICA (o NACO [2]) instalado en uno de los telescopios de 8,2 metros del Very Large Telescope (VLT) de ESO, para estudiar los alrededores inmediatos de Beta Pictoris en 2003, 2008 y 2009. En 2003 fue observada una débil fuente dentro del disco, pero era imposible excluir la remota probabilidad de que se tratase de una estrella ubicada en segundo plano. En nuevas imágenes captadas en 2008 y en la primavera de 2009 ¡la fuente había desaparecido! Las observaciones más recientes, realizadas durante el otoño de 2009, revelaron al objeto al otro lado del disco después de haberse escondido durante un tiempo ya sea atrás o delante de la estrella. Ello confirmó que la fuente era efectivamente un exoplaneta y que estaba orbitando a su estrella anfitriona. También permitió dimensionar el tamaño de su órbita alrededor de la estrella. La composición superior muestra la luz reflejada en el disco de polvo en la parte más externa, tal como se observó en 1996 con el instrumento ADONIS del telescopio de 3,6 metros de ESO. En la parte central, se muestran las observaciones del planeta obtenidas en 2003 y otoño de 2009 con NACO. También está indicada la órbita posible del planeta, aunque con el ángulo de inclinación exagerado. Crédito: ESO/A.-M. Lagrange

Notas

[1] También se ha descubierto, orbitando a unos mil millones de kilómetros de la estrella, la presencia de un planeta gigante, Beta Pictoris b, que ha sido estudiado utilizando imágenes de alta resolución obtenidas con óptica adaptativa.

[2] Por otra parte, las órbitas de los cometas (excentricidad y orientación) son exactamente como se predijo para cometas atrapados en resonancia orbital con un planeta masivo. Las propiedades de los cometas de la primera familia muestran que este planeta en resonancia debe estar a unos 700 millones de kilómetros de la estrella, cerca de donde fue descubierto el planeta Beta Pictoris b.

[3] Son similares a los cometas de la familia Kreutz en el Sistema Solar, o a los fragmentos del cometa Shoemaker-Levy 9, que impactaron contra Júpiter en julio de 1994.

Enlace original: ESO.