Los astrónomos utilizaron el Telescopio Espacial James Webb de la Nasa para obtener imágenes del polvo cálido alrededor de una estrella joven cercana, Fomalhaut, con el fin de estudiar el primer cinturón de asteroides visto fuera de nuestro Sistema Solar en luz infrarroja.
Pero para su sorpresa, las estructuras polvorientas son mucho más complejas que los cinturones de polvo de asteroides como el Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar.
En general, hay tres cinturones anidados que se extienden a 23 mil millones de kilómetros de la estrella; eso es 150 veces la distancia de la Tierra al Sol. La escala del cinturón más externo es aproximadamente el doble de la escala del Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar de cuerpos pequeños y polvo frío más allá de Neptuno.
Los cinturones interiores, que nunca antes se habían visto, fueron revelados por el James Webb por primera vez.
Los cinturones rodean a la joven estrella caliente, que puede verse a simple vista como la estrella más brillante de la constelación austral Piscis Austrinus. Los cinturones de polvo son los desechos de las colisiones de cuerpos más grandes, análogos a los asteroides y los cometas, y se describen con frecuencia como “discos de desechos“.
“Describiría a Fomalhaut como el arquetipo de los discos de escombros que se encuentran en otras partes de nuestra galaxia, porque tiene componentes similares a los que tenemos en nuestro propio sistema planetario”, dijo en un comunicado András Gáspár de la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal de un nuevo artículo donde se describieron estos resultados.
“Al observar los patrones en estos anillos, podemos comenzar a hacer un pequeño boceto de cómo debería ser un sistema planetario, si pudiéramos tomar una imagen lo suficientemente profunda como para ver los planetas sospechosos”.
El Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Espacial Herschel, así como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), han tomado previamente imágenes nítidas del cinturón más externo. Sin embargo, ninguno de ellos encontró ninguna estructura interior a la misma.
Los cinturones interiores han sido resueltos por primera vez por Webb en luz infrarroja. “Donde Webb realmente sobresale es que somos capaces de resolver físicamente el brillo térmico del polvo en esas regiones internas. Entonces puedes ver cinturones internos que nunca antes pudimos ver”, dijo Schuyler Wolff, otro miembro del equipo de la Universidad de Arizona.
Hubble, ALMA y Webb se están uniendo para ensamblar una vista holística de los discos de escombros alrededor de varias estrellas. “Con Hubble y ALMA, pudimos obtener imágenes de un montón de análogos del Cinturón de Kuiper y hemos aprendido mucho sobre cómo se forman y evolucionan los discos externos”, dijo Wolff. “Pero necesitamos que Webb nos permita obtener imágenes de una docena de cinturones de asteroides en otros lugares. Podemos aprender tanto sobre las regiones cálidas internas de estos discos como Hubble y ALMA nos enseñaron sobre las regiones externas más frías”.
Es muy probable que estos cinturones estén tallados por las fuerzas gravitatorias producidas por planetas invisibles. De manera similar, dentro de nuestro sistema solar, Júpiter acorrala el cinturón de asteroides, el borde interior del cinturón de Kuiper está esculpido por Neptuno, y el borde exterior podría estar guiado por cuerpos aún no vistos más allá. A medida que Webb tome imágenes de más sistemas, aprenderemos sobre las configuraciones de sus planetas.
El anillo de polvo de Fomalhaut fue descubierto en 1983 en observaciones realizadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS) de la Nasa. La existencia del anillo también se ha inferido a partir de observaciones anteriores y de mayor longitud de onda utilizando telescopios submilimétricos en Mauna Kea, Hawái, el Telescopio Espacial Spitzer de la Nasa y el Observatorio Submilimétrico de Caltech.
“Los cinturones alrededor de Fomalhaut son una especie de novela de misterio: ¿Dónde están los planetas?” dijo George Rieke, otro miembro del equipo y líder científico de EE.UU. para el Instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI), que hizo estas observaciones. “Creo que no es un gran salto decir que probablemente haya un sistema planetario realmente interesante alrededor de la estrella”.
“Definitivamente no esperábamos la estructura más compleja con el segundo cinturón intermedio y luego el cinturón de asteroides más amplio”, agregó Wolff. “Esa estructura es muy emocionante porque cada vez que un astrónomo ve un espacio y anillos en un disco, dice: ‘¡Podría haber un planeta incrustado dando forma a los anillos!’”.
Webb también tomó imágenes de lo que Gáspár llama “la gran nube de polvo”, que puede ser evidencia de una colisión que ocurre en el anillo exterior entre dos cuerpos protoplanetarios. Esta es una característica diferente de un presunto planeta visto por primera vez dentro del anillo exterior por el Hubble en 2008.
Las observaciones posteriores del Hubble mostraron que en 2014 el objeto había desaparecido. Una interpretación plausible es que esta característica recién descubierta, como la anterior, es una nube en expansión de partículas de polvo muy finas de dos cuerpos helados que chocaron entre sí.
La idea de un disco protoplanetario alrededor de una estrella se remonta a finales del siglo XVIII, cuando los astrónomos Immanuel Kant y Pierre-Simon Laplace desarrollaron de forma independiente la teoría de que el Sol y los planetas se formaron a partir de una nube de gas en rotación que colapsó y se aplanó debido a la gravedad.
Los discos de escombros se desarrollan más tarde, siguiendo la formación de planetas y la dispersión del gas primordial en los sistemas. Muestran que pequeños cuerpos como asteroides chocan catastróficamente y pulverizan sus superficies en enormes nubes de polvo y otros desechos. Las observaciones de su polvo proporcionan pistas únicas sobre la estructura de un sistema exoplanetario, llegando hasta planetas del tamaño de la Tierra e incluso asteroides, que son demasiado pequeños para verlos individualmente.
