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Asociación TW Hya: Estrellas pequeñas dan un gran puñetazo de rayos-X a los planetas en formación

En una investigación reciente en la que participó Dave Principe, investigador postdoctoral del Núcleo de Astronomía UDP, se encontró que las estrellas jóvenes y mucho menos masivas que el Sol pueden desatar un torrente de radiación de rayos X que puede acortar significativamente la vida útil de los discos de formación planetaria en torno a estas. Este resultado proviene de un nuevo estudio de un grupo de estrellas cercanas usando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios. Esto significa que los astrónomos podrían tener que revisar las ideas actuales sobre el proceso de formación y los primeros años de vida de planetas alrededor de estas estrellas débiles.

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Esta ilustración muestra una de las estrellas de masa relativamente alta, cuya mayor producción de rayos-X produce el adelgazamiento y la destrucción de los restos de su disco de formación planetaria. Junto al la imagen, una foto en rayos x del joven sistema binario incluido en el estudio. Crédito imagen en rayos X: NASA/CXC/RIT/J.Kastner et al; Ilustración: NASA/CXC/M.Weiss.

Los investigadores encontraron pruebas de que la intensa radiación de rayos X producida por algunas de las estrellas jóvenes en la asociación TW Hya (TWA), que se encuentra a unos 160 años luz de la Tierra, ha destruido los discos de polvo y gas que las rodea. Estos discos son el lugar donde se forman los planetas. Las estrellas tienen sólo unos 8 millones de años de edad, en comparación con los 4.500 millones de años del Sol. Los astrónomos quieren aprender más acerca de los sistemas así de jóvenes, ya que están en una edad crucial para el nacimiento y el desarrollo temprano de los planetas.

Otra diferencia clave entre el Sol y las estrellas en el estudio tiene que ver con sus masas. Las estrellas de TWA en el nuevo estudio tienen entre un décimo y la mitad de la masa del Sol y también emiten menos luz. Hasta ahora, no estaba claro si la radiación de rayos-X emitida por este tipo de estrellas, pequeñas y débiles, podría afectar a sus discos de formación planetaria, pero estos últimos hallazgos sugieren que podrían desempeñar un papel crucial en la determinación del tiempo de supervivencia de sus discos. Esto significa que los astrónomos podrían tener que revisar las ideas actuales sobre el proceso de formación y los primeros años de vida de planetas alrededor de estas estrellas débiles.

Usando datos del Observatorio de rayos-X Chandra de la NASA, el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y ROSAT (el ROentgenSATellite), el equipo observó la intensidad de los rayos-X producidos por un grupo de estrellas de la TWA, además de estudiar qué tan comunes son sus discos de formación estelar. Se separaron las estrellas en dos grupos para realizar esta comparación. El primer grupo de estrellas tenía masas que van desde aproximadamente un tercio hasta la mitad de la masa solar. El segundo grupo contenía las estrellas con masas de alrededor de sólo una décima parte de la solar, incluyendo las enanas marrones relativamente masivas: objetos que no tienen suficiente masa para generar reacciones nucleares autosustentables en sus núcleos.

Los investigadores encontraron que, en relación con la producción total de energía, las estrellas más masivas en el primer grupo producen más rayos-X que las menos masivas del segundo grupo. Para averiguar qué tan comunes eran los discos de formación planetaria en los dos grupos, el equipo utilizó datos del telescopio espacial Wide-Field Infrared Survey Explorer (WISE) de la NASA y, en algunos casos, la espectroscopia obtenida en telescopios terrestres previamente por otros equipos. Encontraron que todas las estrellas en el grupo de estrellas más masivas ya habían perdido sus discos de formación planetaria, pero sólo la mitad de las estrellas en el grupo de menos masivas habían perdido sus discos. Esto sugiere que los rayos-X de las estrellas más masivas están acelerando la desaparición de sus discos, calentando el material del disco y haciendo que se “evapore” en el espacio profundo.

En las ilustraciones se muestran ejemplos de ambos grupos de estrellas, con su respectivo disco de formación planetaria. La ilustración de arriba muestra una de las estrellas de masa relativamente alta, la cual tiene un gran número de llamaradas y manchas. Esta es una señal de su mayor producción de rayos-X, lo que produce el adelgazamiento y la destrucción de los restos de su disco de formación planetaria.

Otra ilustración (abajo) muestra una de las estrellas más débiles, de menor masa. Debido a que no es tan activa en la emisión de rayos-X, ha retenido un disco más denso que representa un entorno más adecuado para formar planetas. El proceso de formación de planetas causaría la aparición surcos, que no se muestran en esta ilustración. Las corrientes de gas cercanas al centro muestran cómo la materia del disco sigue cayendo hacia la estrella. Estas ilustraciones, que no son a escala – las estrellas son realmente minúsculas en tamaño comparadas con sus discos circundantes – están acompañadas de una imagen de Chandra del joven sistema binario de estrellas que fue incluido en el nuevo estudio de la TWA.

A new study of the TW Hya association suggests that young stars much less massive than the Sun can unleash a torrent of X-rays, which can significantly shorten the lifetime of disks surrounding them. These disks, as depicted in this artist's illustration, are where planets will ultimately form so scientists may have to revisit the star formation process and the early lives of planets around such faint stars. This new finding is based on Chandra observations of TW Hya, a sample of which is seen in the inset, and data from several other telescopes.

Esta ilustración muestra una de las estrellas más débiles, de menor masa. Debido a que no es tan activa en la emisión de rayos-X, ha retenido un disco más denso que representa un entorno más adecuado para la formación del planetas. Crédito ilustración: NASA/CXC/M.Weiss.

 En estudios previos, los astrónomos encontraron que las estrellas de 10 millones de años de edad en la región Superior de Scorpius, otro grupo de formación estelar, muestran una tendencia similar de aumento de la vida útil de los discos de estrellas de baja masa. Sin embargo, el trabajo en este sector superior de Scorpius no incorporó los datos de rayos X que podrían ofrecer una explicación para esta tendencia, la cual es una de las razones por qué este nuevo estudio de la región TWA de 8 millones de años de edad es importante. Otra razón es que los modelos teóricos de la evolución de los discos de formación planetaria  generalmente predicen que la vida útil de los discos deberían tener una muy baja dependencia de la masa de la estrella. Los nuevos resultados para estas “minúsculas” estrellas en TWA apuntan a la necesidad de revisar los modelos de evolución de discos para tener en cuenta la gama de emisión de rayos-X en estrellas de muy baja masa.

En la búsqueda de planetas fuera de nuestro sistema solar, muchos astrónomos han centrado sus esfuerzos en la observación de estrellas menos masivas que el Sol, como las descritas aquí. Tales estrellas representan alguno de los mejores objetos para la obtención de imágenes directas de exoplanetas en la denominada zona habitable: el rango de distancias a una estrella en la cual un planeta podría contener agua líquida en superficie, y la vida podría eventualmente llegar a florecer. Estas estrellas de baja masa son también objetos atractivos para observar debido a que son relativamente débiles en brillo, y los planetas en sus zonas habitables deberían ser más fáciles de detectar e investigar.

RESUMEN

  • Jóvenes estrellas menos masivas que el Sol pueden rociar con poderosas cantidades de rayos-X a los discos de formación planetaria que los rodean.
  • Los científicos a menudo buscan exoplanetas alrededor de tales estrellas porque tienen propiedades que favorecen su detección.
  • Este resultado revela pistas sobre el proceso de formación de las estrellas y la tasa de supervivencia de los discos de formación planetaria.
  • Se utilizaron datos de Chandra (Telescopio espacial de rayos-X) para observar la intensidad de los rayos X producidos por las estrellas, mientras que los datos infrarrojos permitieron identificar si el sistema tenía un disco de formación planetaria.

 

Estos resultados aparecieron en The Astronomical Journal y están disponibles online. Los autores de este trabajo son Joel Kastner (Rochester Institute of Technology), David Principe (Universidad Diego Portales, Chile), Kristina Punzi (RIT), Beate Stelzer(INAF Palermo, Italy), Uma Gorti (SETI Institute), Ilaria Pascucci (University of Arizona), y Costanza Argiroffi (INAF).

Artículo original: http://chandra.si.edu/photo/2016/twhya/index.html