viernes, 19 de julio de 2013

IMAGEN EN UNA NEBULOSA SOLAR ANÁLOGA, DE UNA LÍNEA DE NIEVE DE MONÓXIDO DE CARBONO [CO]

Esta imagen de ALMA muestra la región en torno a la estrella en la que se ha formado nieve de monóxido de carbono. El monóxido de carbono se muestra en verde, y comienza a una distancia de más de 30 unidades astronómicas de TW Hydrae. Además de resultar necesario para la formación de planetas y cometas, el monóxido de carbono es fundamental para la creación de metanol, un componente básico para la vida.. Crédito: ALMA [ESO/NAOJ/NRAO]
  
ALMA [Atacama Large Millimeter/submillimeter Array] es el telescopio más poderoso para observar el Universo frío, el gas molecular y el polvo, así como la radiación fósil del Big Bang. ALMA estudia los componentes básicos de las estrellas, sistemas planetarios, galaxias y la vida misma. Al proporcionar a los científicos imágenes detalladas de estrellas y planetas naciendo en nubes de gas cerca de nuestro Sistema Solar, y la detección de galaxias distantes que forman en el borde del universo observable, lo que vemos; es como era hace unos diez millones de años, lo que permitirá a los astrónomos direccional algunas de las preguntas más profundas de nuestros orígenes cósmicos.

La construcción de ALMA se completará durante el presente año 2013, pero las observaciones científicas primarias, con una matriz parcial, se iniciaron en 2011. 
Utilizando solo 26 de las 66 antenas de ALMA los astrónomos  han obtenido la primera imagen de una línea de nieve en un sistema planetario recién nacido. En la Tierra, las líneas de nieve se forman a grandes altitudes en las que las temperaturas, al bajar, transforman la humedad del aire en nieve. Esta línea puede verse claramente en una montaña, en la que vemos bien delimitada la cumbre nevada y la zona en la que comenzamos a distinguir la superficie rocosa, libre de nieve. El sistema planetario, extremadamente joven en el cual se descubrió esta línea de nieve, corresponde al disco que rodea la estrella de tipo solar TW Hydrae, cuyo estudio permitirá conocer la formación de planetas y cometas, los factores que influyeron en su composición y la historia de nuestro propio Sistema Solar. Los resultados del trabajo de los científicos,  se publicaron el 18 de julio de 2013 en la revista ScienceExpress. 

Las líneas de nieve en torno a estrellas jóvenes se forman de un modo similar, en las regiones más alejadas y frías de los discos a partir de los cuales se forman los sistemas planetarios. Comenzando en la estrella y moviéndose hacia fuera, el agua (H2O) es la primera en congelarse, formando la primera línea de nieve. Más allá de la estrella, a medida que la temperatura cae, otras moléculas más exóticas pueden llegar a congelarse y convertirse en nieve, como es el caso del dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), y el monóxido de carbono (CO). Estos diferentes tipos de nieve dan a los granos de polvo una cobertura externa que ejerce como pegamento y juega un papel esencial a la hora de ayudar a estos granos a superar su habitual tendencia a romperse tras una colisión, permitiéndoles, por el contrario, convertirse en piezas fundamentales para la formación de planetas y cometas. La nieve, además, aumenta la cantidad de materia sólida disponible y puede acelerar de forma sorprendente el proceso de formación planetaria.

Cada una de estas diferentes líneas de nieve — para el agua, el dióxido de carbono, el metano y el monóxido de carbono — puede estar relacionada con la formación de diferentes tipos de planetas.  Por ejemplo, los planetas rocosos y secos se forman en la parte interior de la línea de nieve del agua (más cerca de la estrella), donde solo puede existir el polvo. En el otro extremo se encuentran los planetas gigantes gaseosos, que se forman más allá de la línea de nieve del monóxido de carbono.
Alrededor de una estrella parecida a nuestro Sol, en un sistema solar similar, la línea de nieve del agua se ubicaría a una distancia semejante que hay entre las órbitas de Marte y Júpiter, y la línea de nieve del monóxido de carbono se correspondería con la órbita de Neptuno.

Esta imagen, obtenida con el observatorio ALMA, en Chile, muestra en color verde la región en torno a la estrella TW Hydrae (en el centro) en la que se forma la nieve de monóxido de carbono. El círculo azul representa dónde estaría la órbita de Neptuno si la comparásemos con el tamaño de nuestro Sistema Solar. La transición a hielo de monóxido de carbono podría a su vez marcar los límites interiores de la región en la que podrían formarse cuerpos helados más pequeños, como cometas o planetas enanos como Plutón y Eris.
Crédito:  ALMA [ESO/NAOJ/NRAO]

La línea de nieve detectada por ALMA es la primera detección de una línea de nieve de monóxido de carbono [CO] entorno a TW Hydrae, la cual es una estrella enana-naranja joven de tipo espectral KBVe ubicada en la Constelación de Hidra, su magnitud aparente es de +11,1 y junto a otras estrellas de poca masa, forma parte de la Asociación Estelar de YW Hydrae a la que da su nombre; se encuentra a 175 años luz de la Tierra. Tiene un temperatura efectiva de 3.973 ºK y gira sobre sí misma a una velocidad proyectada de 6 km./s., su edad se le calcula entre 8 a 10 millones de años. Los astrónomos creen que este incipiente sistema planetario comparte muchas características con nuestro propio Sistema Solar cuando tenía tan solo unos pocos millones de años.
ALMA nos ha proporcionado la primera imagen real de una línea de nieve en torno a una estrella joven, lo cual es extremadamente emocionante, ya que esto nos habla de un periodo muy temprano en la historia de nuestro Sistema Solar” afirma Chunhua “Charlie” Qi (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, EE.UU.) uno de los dos autores principales del artículo. “Ahora podemos ver detalles antes ocultos sobre las lejanas regiones heladas de otro sistema planetario similar al nuestro”.

Pero la presencia de monóxido de carbono podría tener consecuencias más allá de la simple formación de planetas. El monóxido de carbono es necesario para la formación del metanol, pieza fundamental de las moléculas orgánicas, más complejas y esenciales para la vida. Si los cometas transportasen estas moléculas a planetas en formación similares a la Tierra, entonces esos planetas estarían equipados con los ingredientes necesarios para la vida.
Hasta ahora, nunca se habían obtenido imágenes directas de las líneas de nieve porque siempre se forman en el plano central del disco protoplanetario, una zona relativamente estrecha, de manera que no podían precisarse su ubicación ni su tamaño. Por encima y debajo de esta estrecha región en la que se encuentran las líneas de nieve, la radiación estelar impide la formación de hielos. La concentración de polvo y gas en el plano central es necesaria para proteger el área de la radiación, de manera que el monóxido de carbono y otros gases puedan enfriarse y congelarse.
Con la ayuda de un truco muy ingenioso, este equipo de astrónomos logró penetrar en el disco y mirar muy de cerca dónde se formaba la nieve. En lugar de buscar nieve — dado que no puede observarse directamente — buscaron una molécula conocida como  diazinio (diazenylium) (N2H+), que brilla intensamente en la parte milimétrica del espectro y es, por tanto, un objetivo perfecto para un telescopio como ALMA. Esta frágil molécula se destruye con facilidad en presencia de gas de monóxido de carbono, por lo que solo aparecería, en cantidades detectables, en regiones en las que el monóxido de carbono se hubiese transformado en nieve y no pudiese destruirlo. Esencialmente, la clave para encontrar nieve de monóxido de carbono está en encontrar diazinio.


Concepción artística mostrando la línea de nieve en TW Hydrae; podemos ver granos de polvo cubiertos de agua helada en la parte interior del disco (entre 4,5 y 30 unidades astronómicas, en azul) y granos de polvo recubiertos con hielo de monóxido de carbono en la parte externa del disco (>30 unidades astronómicas, en verde). La transición de azul a verde marca la línea de nieve del monóxido de carbono. Las líneas de nieve ayudan a que los granos de polvo se peguen entre ellos al proporcionarles una cobertura adherente, lo cual resulta esencial para la formación de planetas y cometas. Debido a los diferentes puntos de congelación de los diferentes compuestos químicos, pueden encontrarse diferentes líneas de nieve a diferentes distancias de la estrella, Crédito: B Saxton & A. Angelich / NRAO/AUI/NSF/ALMA [ESO/NAOJ/NRAO]

La extraordinaria sensibilidad de ALMA y su alta resolución han permitido a los astrónomos rastrear la presencia y la distribución del diazinio y encontrar un límite claro y definido, situado aproximadamente a unas 30 unidades astronómicas de la estrella (30 veces la distancia entre la Tierra y el Sol). De hecho, esto proporciona una imagen negativa de la nieve de monóxido de carbono en el disco que rodea a TW Hydrae, lo cual puede utilizarse para ver con precisión la línea de nieve del monóxido de carbono en el lugar en que las teorías predicen que debería estar — el borde interior del anillo de diazinio. "Para estas observaciones tan solo utilizamos 26 de las 66 antenas que componen el total de ALMA. En otras observaciones de ALMA ya hay indicios de líneas de nieve alrededor de otras estrellas, y estamos convencidos de que futuras observaciones, con todo el conjunto de antenas, revelarán mucho más y proporcionarán mucha más información reveladora sobre la formación y evolución de los planetas. Espere y verá”, concluye Michiel Hogerheijde, del Observatorio de Leiden, en los Países Bajos.
Fuente: ESO 1333ª 18.07.2013
UA = 150.000.000 de Km.