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elias 2-27
Laura Pérez

Columna de opinión

"Pesando" un objeto astronómico… tres veces

"Pesando" un objeto astronómico… tres veces

Uno de mis objetos favoritos en el universo es el disco protoplanetario que orbita a la estrella en formación, Elias 2-27. Su nombre puede no sonar tan “carismático”, pero la gran cantidad de material que alberga lo hace muy… muy particular. Medir la cantidad de material –que en física llamamos masa– no es tan sencillo para un objeto celeste. Acá en la Tierra, si queremos saber el “peso” (y por lo tanto la masa) de un objeto, basta con usar una balanza bien calibrada. En Astronomía, tenemos varios métodos para emular lo que hace una balanza, y en el caso de Elias 2-27 medimos su masa de maneras distintas para convencernos que este objeto es realmente colosal.

A finales del 2013 queríamos estudiar, con ALMA, un gran número de discos ya observados con otro radiotelescopio, el Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), con el que obtuvimos indicios de granos de polvo grandes, futuras semillas para formar planetas. Afortunadamente nos fue bien y la propuesta de observación fue aceptada, pero más importante aún, fue completamente observada entre el 2014 y 2015. Las observaciones de ALMA eran –como siempre– espectaculares, y en uno de estos objetos había algo sorprendente. Aún recuerdo estar en mi oficina, abriendo las imágenes tal como llegan del telescopio, y sorprendiéndome con la estructura de Elias 2-27. En otros discos ya habíamos vislumbrado anillos concéntricos a la estrella, así como los anillos de Saturno. Pero en Elias 2-27, por primera vez observamos brazos espirales, lo que resultó en una publicación en la prestigiosa revista Science en 2016 y varias otras publicaciones más adelante.

La estructura espiral es muy común: las hay en galaxias distantes, así como también en los caracoles del patio de la casa. Pero un disco protoplanetario con estructura espiral es algo espectacular, pues son extremadamente raros y a la fecha conocemos solo unos cuantos de los cientos ya observados. Si una estrella (o incluso un planeta grande) pasa muy cerca de otra estrella con disco, el disco puede ser perturbado y aparecen grandes brazos espirales. Pero en el caso de Elias 2-27 se han descartado estrellas o planetas en su vecindad. Otra forma de crear brazos espirales es cuando un disco tiene una gran masa, digamos comparable a la masa de la estrella central, lo cual ocurre con muy poca frecuencia. Si la masa del disco es mayor al 10% de la masa de la estrella, una danza entre la fuerza de gravedad de la estrella y del disco, sumado a la rotación del material que orbita en el disco y a la temperatura del mismo, hacen aparecer brazos espirales. Y lo interesante es que en dichas estructuras, si se dan las condiciones adecuadas, es posible formar planetas.

Así que el siguiente paso en este trabajo fue “pesar” el disco de Elias 2-27, y ver si tenía o no una gran masa. Partimos con la forma estándar, usando la emisión que observamos de los granos de polvo provenientes del disco. Cada grano sólido en el disco tiene temperatura y por lo tanto genera radiación, y es posible entonces medir cuánta radiación detectamos e inferir cuántos granos de polvo hay. Asumiendo una cierta composición, densidad, etc., podemos estimar la masa de Elias 2-27 en material sólido, y luego extrapolar esta masa a todo el material (sólido y gaseoso), presumiendo que sabemos cuánto gas hay por cada grano de polvo. Esta primera balanza nos dijo que el disco en Elias 2-27 tiene aproximadamente el 20% de la masa de la estrella central, con más de 100 veces la masa de Júpiter. El problema de todo esto, como usted acaba de leer, es que hacemos varias suposiciones. Así que es necesario intentar otros métodos.

Luego del descubrimiento de los brazos espirales el 2016, decidimos seguir investigando este disco, usando ALMA, ahora trazando el material gaseoso. Las observaciones llegaron entre 2017 y 2018, y nuevamente eran espectaculares: ahora podíamos ver como se movía el material del disco. Nos sorprendieron también las asimetrías que encontró –en ese entonces mi estudiante de magíster–, Teresa Paneque, quien ahora cursa un doctorado en Europa. Con estos datos escribimos tres publicaciones, dos lideradas por Teresa, pues hay muchas cosas interesantes en este sistema. Una de ellas es relativa al movimiento del material, si la masa del disco es pequeña, el material solo se verá afectado por la gravedad de la estrella. Pero si la masa del disco es grande, podemos ver la influencia del disco y de la estrella en su movimiento. Con lo logrado pudimos confirmar el “peso” sin tantas suposiciones, asumiendo que la teoría de la gravedad funciona: la cinemática del disco nos mostró de nuevo que Elias 2-27 sí tiene un disco masivo, lo que explica sus brazos espirales.

La tercera forma de “pesar” este objeto es usando la química que ocurre dentro de estos discos: junto a colaboradores internacionales propusimos usar ALMA para estudiar varias moléculas. Analizando su emisión pudimos trazar la cantidad de material gaseoso y nuevamente medir la masa del disco. Ahora, ¿por qué hacerlo una tercera vez? Bueno, acá más que confirmar buscamos probar un nuevo método para medir masas. Estudiar la cinemática requiere observaciones detalladas y costosas, además de que es solo aplicable a discos muy pesados como Elias 2-27. Pero si este método nuevo funciona, tiene la promesa de permitirnos “pesar” muchos más discos protoplanetarios en nuestra Galaxia. Saber cuánta masa hay en cada uno de ellos nos permite saber sobre su potencial para formar nuevos planetas, poniendo a nuestro sistema Solar en contexto con la inmensidad de planetas extrasolares descubiertos.
 

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