Localización de estrellas jóvenes y sus discos protoplanetarios

Imagínese que camina a través de una niebla densa y brumosa en medio de la noche, y que ve parches de luz de coches y ciudades que brillan en la distancia. Es casi imposible saber si las luces están en la profundidad de la niebla o más allá de ella. Los astrónomos que tratan de encontrar estrellas jóvenes se enfrentan a un problema similar: la luz de las estrellas que buscan brilla a través de grandes regiones de gas y polvo nebuloso en el espacio, llamadas nubes moleculares.

Pero los corazones de estas nubes son a menudo caldo de cultivo para las estrellas y planetas jóvenes, los lugares perfectos para tratar de averiguar cómo se forman los cuerpos celestes, suponiendo que los astrónomos puedan ver lo que está pasando a través de la oscuridad.

Ahora, un grupo de científicos del departamento de astronomía de la Universidad de Boston ha descubierto una forma barata de atravesar la niebla. Han desarrollado un nuevo método que mide la niebla de la nube de polvo y les permite detectar la presencia de estructuras de formación de planetas, conocidas como discos protoplanetarios -discos de gas y polvo que están presentes alrededor de estrellas jóvenes y suministran el material para la formación de planetas. Utilizaron su técnica para obtener una visión más completa de las entrañas de una nube de polvo molecular situada a 450 años luz de la Tierra, en la constelación de Tauro. Allí, un sistema de dos estrellas está todavía en su infancia, con sus discos protoplanetarios aún presentes y probablemente en proceso de crear múltiples planetas nuevos.

«Estamos tratando de mirar a través de la niebla de la nube para ver lo que estas estrellas están haciendo, son como linternas que brillan a través de la nube», dice Dan Clemens, profesor de la Facultad de Artes y Ciencias y presidente de la cátedra de astronomía, y autor principal de un artículo que describe las técnicas utilizadas para obtener una mirada más cercana a los discos de formación de planetas de las estrellas. Los resultados se han publicado en The Astrophysical Journal.

Los científicos no saben exactamente cómo se forman las estrellas y los planetas -aunque conocen algunos de los ingredientes, como el gas, el polvo, la gravedad y los campos magnéticos-, por lo que el estudio de sistemas como éste puede aportar información sobre cómo se desarrolla el proceso. En la nube de Tauro, una estrella joven de baja masa y una enana marrón se orbitan mutuamente cada medio millón de años -la enana marrón se denomina a veces estrella fallida, porque no fusiona hidrógeno y helio como las estrellas más brillantes-. Tanto la enana marrón como la estrella joven tienen discos protoplanetarios que las rodean.

El equipo de la BU examinó por primera vez los discos de la nube de Tauro cuando Anneliese Rilinger, estudiante de quinto año del departamento de astronomía de la BU, comenzó a estudiar el sistema estelar utilizando las ondas de radio recogidas por el Atacama Large Millimeter Array (ALMA), el mayor radiotelescopio del mundo. Rilinger había publicado previamente un estudio con Catherine Espaillat, profesora asociada de astronomía del CAS y coautora del nuevo trabajo, en el que se observaban los discos que rodean a las estrellas y se realizaba un modelado detallado de las estructuras del disco.

Su trabajo con las ondas de radio despertó el interés de Clemens, que entonces se puso en marcha con el resto de su equipo, incluyendo a Rilinger, Espaillat y el científico investigador senior de la BU Thushara Pillai, para probar las observaciones de Rilinger del mismo sistema utilizando luz infrarroja cercana, una longitud de onda más corta que las ondas de radio, justo más allá de lo que el ojo humano puede detectar por sí mismo. Querían demostrar que era posible modelar con precisión la ubicación de los discos utilizando herramientas alternativas -y, por tanto, más accesibles-.

Cuando las estrellas emiten luz, ésta no está polarizada (es decir, las ondas de luz van en múltiples direcciones). Pero cuando la luz atraviesa la densa nube molecular, esa luz se polariza -las ondas de luz oscilan en una dirección- debido a las propiedades de los granos de polvo y al campo magnético incrustado en la nube. Los investigadores utilizaron un polarímetro de infrarrojo cercano en el Observatorio del Telescopio Perkins de la BU para medir la polarización de la luz que atraviesa la nube. La medición de la polarización permitió al equipo de investigación ver las firmas de las estrellas, lo que podía indicarles la orientación de los discos. El reto consistió entonces en cómo sustraer los efectos de la nube circundante para averiguar la naturaleza exacta de la luz procedente de las estrellas y revelar la orientación de los discos protoplanetarios, buscando el polvo dentro de la nube de polvo.

El equipo confirmó que los datos de polarización en el infrarrojo cercano coincidían con los datos de ondas de radio, lo que demuestra que es posible medir los discos protoplanetarios sin herramientas a gran escala como ALMA. Su trabajo también reveló algo interesante sobre el sistema: los discos están en una extraña alineación que los astrónomos no suelen ver: paralelos entre sí y situados perpendicularmente al campo magnético de la nube mayor. A menudo, los discos protoplanetarios giran en paralelo al campo magnético de la nube de polvo, lo que hace que este sistema sea poco frecuente y da a los investigadores la oportunidad de obtener nuevos conocimientos sobre cómo los discos forman planetas.

«Fue emocionante y un gran desafío desarrollar el conocimiento de cómo eliminar las contribuciones de la nube de las polarizaciones intrínsecas de las estrellas y de los objetos estelares jóvenes; eso es algo que no se ha hecho antes», dice Clemens. «La polarimetría en el infrarrojo cercano que realizamos ofrece una visión propia y única de los discos, así como la capacidad de asomarse profundamente a estas regiones ópticamente opacas donde se están formando nuevas estrellas». Sus herramientas podrían utilizarse para comprobar la presencia y las orientaciones de los discos en otras regiones profundamente ocultas del espacio.

Aunque todavía están en proceso de formación de planetas, la enana marrón y la joven estrella de la nube de Tauro ya parecen tener compañeras de menor masa que se encuentran en el límite entre ser un planeta o posiblemente otra enana marrón. En su trozo de espacio, es probable que se formen planetas en los próximos cinco millones de años.

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