Luz misteriosa alrededor de una estrella recién formada, y lo que los astrónomos piensan al respecto

Imagen infrarroja de una estrella doble CS Chameleon con un compañero recientemente descubierto (rodeado por una línea punteada). El compañero es único entre todos descubiertos por nosotros, y probablemente tenga su propio disco de polvo.

En nuestro universo, es muy difícil crecer. En la gran danza gravitacional del cosmos, generalmente triunfan los "embriones" de cuerpos más grandes y masivos: atraen cada vez más materia disponible cerca. En la nube molecular donde se forman las estrellas, generalmente resulta que los grumos de la masa más grande se convierten en estrellas, y la masa restante se aplana en un disco. Se forman pequeños bultos en este disco, que se convierten en planetas, lunas y otros cuerpos helados y rocosos.

Al observar el disco protoplanetario que rodea a la joven estrella, hay una clave para descubrir el proceso de formación de planetas. A 600 años luz de nosotros hay una estrella CS Chameleon ubicada en la pequeña constelación del sur Chameleon : esta es una pequeña estrella binaria en proceso de formación. Los científicos en busca de planetas encontraron algo que no habían visto antes. Todavía estamos estudiando este tema, pero puede resultar que estemos observando el nacimiento de una enana marrón : una estrella subdesarrollada.


Las regiones de polvo a través de las cuales la mirada de los telescopios ópticos no pueden penetrar son transparentes a los telescopios infrarrojos como VLT + SPHERE o HAWK-I del Observatorio Europeo Austral del que se obtuvo esta imagen. El rango infrarrojo demuestra perfectamente los lugares de formación de estrellas nuevas y futuras, donde la densidad del polvo que bloquea la luz visible es mayor

Cualquier nube de gas molecular de una masa suficientemente grande tiene el potencial de formar una nueva estrella. Si la nube se enfría lo suficiente, comienza a encogerse y las imperfecciones iniciales más grandes atraen la mayor parte de la materia. Chameleon CS es uno de estos sistemas recién nacidos, cuya región central consiste en una estrella binaria en el proceso de formación. La estrella está rodeada por un disco de polvo: exactamente lo que esperábamos ver alrededor del sistema estelar emergente. Usando el instrumento SPHERE del Very Large Telescope en Chile, los científicos midieron el sistema, su disco y la materia circundante en detalle. Estaban buscando nuevos planetas, pero encontraron algo aún mejor que el planeta recientemente aparecido.


La joven estrella 2MASS J16281370-2431391 está rodeada por un disco de gas y polvo, visible casi desde el borde: un disco protoplanetario. Desde el descubrimiento de 2MASS, hemos descubierto muchos de estos objetos y los hemos examinado con mucho más detalle.

Por lo general, la luz no polarizada proviene de una estrella: los campos de luz eléctricos y magnéticos están orientados al azar. Cuando la luz rebota de algo, se polariza. Por lo tanto, la luz de las estrellas no está polarizada, y la luz reflejada desde el disco protoplanetario debe estar polarizada. Y cerca de este disco en el rango infrarrojo, los científicos vieron otro objeto pequeño. Según un nuevo trabajo , que debería publicarse en la revista Astronomy & Astrophysics, el brillo de este objeto es tal que puede ser un planeta o una enana marrón de pequeña masa. Pero la sorpresa es que la luz de este objeto, que debería emitir su propia radiación no polarizada, resultó estar polarizada.


Una imagen infrarroja de una estrella doble y un compañero recientemente descubierto, visible a través de filtros polarizadores especiales que hacen visible el disco de polvo y los exoplanetas. El compañero parece tener su propio disco de polvo.

Si se tratara de un gigante gaseoso o una enana marrón, entonces la luz podría estar ligeramente polarizada: a un nivel de aproximadamente 1%. Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo tales señales en tales sistemas, pero fue en vano. Por primera vez, se descubrió un signo de polarización alrededor de un compañero tan pequeño. Pero el nivel de polarización no era del 1%, como cabría esperar. En cambio, fue literalmente astronómico: ¡un increíble 14% sin precedentes! Hay muy, muy pocos objetos en el Universo que puedan producir tal polarización, por lo que el equipo que trabaja en esto bajo la dirección de Christian Ginsky debe tener mucho cuidado.


Comparación alterna de luz infrarroja y polarizada, donde se ve una cantidad increíblemente alta de polarización proveniente de un compañero que orbita en un sistema binario

Una de las ideas que se me ocurrió de inmediato: puede que no sea un verdadero compañero del sistema, sino una galaxia distante que emite luz de alta polarización. Las galaxias activas con agujeros negros supermasivos que absorben activamente la materia digieren la materia y escupen chorros relativistas extremadamente enérgicos; su nivel de polarización puede alcanzar tal nivel. Pero el equipo de Ginsky exploró esta posibilidad al observar datos más antiguos del telescopio Hubble hace muchos años para ver si podían saber si había tal compañero. Y aunque no se encontró nada por el estilo, los molestos rayos de difracción inherentes a él debido a su diseño a veces aparecen en la foto de Hubble. Y aunque en un futuro cercano tendremos un telescopio sin tales características, hoy tenemos que usar tecnologías de procesamiento sofisticadas para eliminarlos. Hicieron exactamente eso, y echen un vistazo, realmente encontraron un compañero así.


El CS del camaleón fotografió el Hubble y los rayos de difracción característicos, por decirlo suavemente, lo que dificulta la identificación de un doble compañero. Pero usando las técnicas apropiadas, puedes restar estos rayos y ver a este compañero

Si se tratara de un objeto de fondo, hace muchos años no estaría en el mismo lugar que ahora, gracias al propio movimiento de la estrella en el cielo. Por lo tanto, esta bola de luz muy polarizada y poco iluminada resultó ser un compañero de CS Chameleon. ¿Qué significa esto? Según el propio Ginski :

Lo más interesante es que la luz del compañero está fuertemente polarizada. Esta dirección de polarización preferida generalmente aparece cuando la luz se dispersa a lo largo de su trayectoria. Sospechamos que el compañero está rodeado por su propio disco de polvo. El truco es que el disco bloquea la mayor parte del mundo, por lo que apenas podemos determinar la masa de un compañero.

Curiosamente, los datos no solo sugieren que el compañero tiene su propio disco, sino que este disco no es paralelo al disco principal de doble estrella.


Infografía de la doble estrella del CS Chameleon y el doble disco circundante (izquierda) con un compañero recientemente descubierto (derecha). El compañero se encuentra más de 214 veces más lejos de una estrella binaria que la Tierra del Sol, pero, obviamente, se refiere a este sistema. Todo el sistema está ubicado aproximadamente a 165 parsecs (538 años luz) de la Tierra.

Para reproducir los datos que recibimos, el disco debe estar ubicado casi al borde de nosotros. Lo cual es extraño, ya que el disco del sistema binario principal del CS Chameleon está inclinado hacia nosotros en algún lugar entre las posiciones de "borde" y "plano". Ya hemos visto esta falta de alineación más de una vez: ya hemos encontrado sistemas binarios y triples polvorientos y no paralelos. ¡Pero primero descubrimos un compañero polarizado fuera de uno de estos discos protoplanetarios!
Dado que su disco de polvo bloquea tanta luz, es muy difícil para nosotros determinar la masa del compañero. ¿Pertenece a los planetas de la clase Júpiter? Súper Júpiter? O, según los autores, ¿es una enana marrón de pequeña masa: una estrella subdesarrollada?

Tener un disco de polvo alrededor de un compañero seguramente significa que sea lo que sea, ¡en el futuro obtendrá sus propios compañeros!


Las enanas marrones, de 13 a 80 masas de Júpiter, convertirán deuterio + deuterio en helio-3 o tritio, y permanecerán aproximadamente del mismo tamaño que Júpiter, solo adquirirán una masa mucho mayor. El actual compañero del CS Chameleon puede tener una masa de varias masas de Júpiter a 20 de esas masas. En la figura, el Sol no está dado a escala, sería mucho más grande.

No estamos seguros de que estimamos correctamente la antigüedad del sistema en 2-3 millones de años, y no estamos seguros de que ya haya completado su formación. El instrumento SPHERE, disponible con el Very Large Telescope, ha alcanzado sus límites en astronomía infrarroja, pero si vamos a largas longitudes de onda y otros observatorios, podemos averiguarlo. Por lo tanto, el equipo planifica observaciones de seguimiento con el telescopio ALMA .


La matriz submilimétrica grande de Atacama ( ALMA ) es uno de los radiotelescopios más potentes de la Tierra. Son capaces de medir las señales de longitud de onda larga de átomos, moléculas e iones, inaccesibles para los telescopios que operan con longitudes de onda más cortas, como el Hubble. También pueden medir en detalle las características de los sistemas protoplanetarios que no son visibles incluso para los telescopios infrarrojos.

Al considerar tales sistemas, surgen un montón de preguntas adicionales. ¿Crece la masa del compañero? ¿La luz emitida por él cambia en el tiempo? ¿Se forman las principales estrellas binarias del planeta en el disco? ¿El porcentaje de polarización cambiará con el tiempo? El disco principal de una estrella doble termina aproximadamente a una distancia igual a la distancia del Sol al afelio de Plutón, pero el compañero adicional está a una distancia diez veces mayor. Y, como concluyen los autores:

Descubrimos que el conjunto de observaciones obtenido explica mejor la enana marrón extinta de pequeña masa (≈ 20 masas de Júpiter) o un planeta de gran masa rodeado por un disco no descompuesto.

Puede resultar que por primera vez observamos un sistema substellar o planetario en el proceso de formación: una versión ampliada de Júpiter y las lunas de Júpiter. Al obtener información adicional sobre este sistema en particular y sobre otros similares, nos embarcamos en el camino de una comprensión precisa de cómo se forman, desarrollan y crecen los sistemas estelares de este Universo. ¡Increíble momento para mirar el cielo!