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Director del Núcleo de Astronomía UDP publicó en destacada revista científica “Nature”

  • Lucas Cieza, astrónomo de la UDP, obtuvo por primera vez la imagen de una línea de nieve que separa 2 regiones en la formación de discos protoplanetarios.

El astrónomo Lucas Cieza, Director del Núcleo de Astronomía UDP y subdirector del Núcleo Milenio de Discos Protoplanetarios (MAD), acaba de publicar un artículo sobre astronomía en una de las más prestigiosas revistas científicas a nivel mundial: Nature.

Este proyecto nació de manera casual, dado el descubrimiento que hizo un colaborador del paper, José Luis Prieto, también profesor y astrónomo de la Universidad Diego Portales. En los datos, él descubrió en la nebulosa Orión una estrella joven que aumentó su luminosidad de manera notoria, ya que actualmente está experimentando lo que se conoce como un FU Ori outburst: aumento repentino de temperatura y luminosidad, debido a grandes cantidades de materiales que caen desde el disco a la estrella.

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Esta ilustración muestra cómo la erupción de la joven estrella V883 Orionis ha alejado la línea de nieve de la estrella y, de esa forma, permitido que sea detectable por ALMA. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Cieza.

“Hicimos un programa para observar este tipo de objetos, donde observamos 8 y resultó algo muy interesante. Encontramos un objeto muy brillante, que se podía observar en mayor detalle, el cual era mil veces más brillante que otros objetos similares. Al encontrar este objeto, pudimos volver a observar al siguiente año con la mayor resolución que permite ALMA, el cual funciona como interferómetro y que cambiando su configuración permite observar con menor o mayor detalle. Así fue que encontramos esta imagen en alta resolución, donde pudimos ver dos regiones separadas en el disco, cuyo límite de separación coincidía con el lugar donde se congela el agua. En otras palabras, estábamos observando directamente la línea de hielo, que en realidad no era lo que estábamos buscando”, explicó el astrónomo.

La línea de hielo en un disco protoplanetario representa la región donde la temperatura alcanza el punto de sublimación para la mayoría de las moléculas volátiles: El agua se vaporiza en las regiones del disco internas a esta línea (zonas más cercanas a la estrella), mientras que en el disco exterior el agua se encuentra congelada en forma de nieve.

Estas líneas son tan importantes que definen la arquitectura básica de los sistemas planetarios como el nuestro: en la nebulosa solar -que dio origen a nuestro Sistema Solar-, los planetas rocosos fueron formados dentro de esta línea, mientras que los gigantescos planetas gaseosos se formaron en el exterior, donde había suficiente material sólido -principalmente en forma de hielo- permitiendo el rápido crecimiento de verdaderas bolas de nieve que terminarían transformándose en cometas y eventualmente, en planetas masivos con la capacidad de atrapar enormes atmósferas.

Lucas Cieza, Director del Núcleo de Astronomía UDP.

Lucas Cieza, Director del Núcleo de Astronomía UDP.

Según explicó Cieza, todo surge de las grandes nubes moleculares de gas y polvo que contienen materiales necesarios para la formación de sistemas protoplanetarios. “Estas nubes se encuentran alrededor de toda la galaxia y a veces se colapsan por su propia gravedad al alcanzar condiciones críticas de tamaño, masa o densidad, formándose discos, que en vez de colapsar hacia un punto, forman una estrella. Las estrellas que recién se están formando, están rodeadas de discos de gas y de polvo formando sistemas planetarios con estructuras frías y pequeñas conocidas como protoplanetas”.

Un disco protoplanetario es un disco de material alrededor de una estrella joven. Cieza nos explica que la estrella y el sistema planetario se forman a la vez, en conjunto; “se forma la estrella y a su alrededor, el material que no cae a ésta permite la formación del sistema protoplanetario”. A partir de las aglomeraciones de estos materiales se pueden formar posteriormente los planetas. “Estos “son los vestigios del proceso de formación estelar”.

El segundo aspecto importante de esta investigación, es la demostración de que la línea de hielo encontrada puede moverse drásticamente durante el proceso de formación protoplanetario, ya que normalmente está muy cerca de la estrella; a la distancia que separa Marte (el último planeta rocoso) y Júpiter (el primer planeta gigante), pero en este caso se ubica entre 15 a 20 veces más lejos que lo usual.

“Lo que sucede es que estas estrellas están en formación, y el material que a veces cae abruptamente del disco hacia la estrella la vuelve mucho más brillante. Esta llega a alcanzar hasta 400 veces el brillo del Sol, y por esto el hielo se evapora en toda la parte del disco donde normalmente estarían los planetas como Júpiter y Saturno”.

“Entonces la línea de hielo, en vez de estar a 2 o 3 unidades astronómicas, está a 40. La ubicación de la línea depende mucho del brillo de la estrella, que también puede cambiar drásticamente a medida de que se está formando. Esto afecta la formación del sistema protoplanetario”, explicó Cieza.

El académico del Núcleo de Astronomía UDP también se refirió a la importancia de publicar en revistas como Nature: “lo que implica publicar en una revista así, es que el resultado tiene importancia más allá del campo de la ciencia específica. Una revista de esta naturaleza sirve como indicador de nivel científico para publicar y que lo hayan aceptado demuestra que en la UDP se hace un trabajo de nivel internacional”.

Además, se refirió a la estrecha relación de su artículo científico con el funcionamiento del Laboratorio de Polvo Cósmico albergado en la Facultad de Ingeniería: “la aplicación es directa porque el laboratorio está diseñado para estudiar los distintos tipos de regiones del disco protoplanetario que tiene distinta composición física,  y eso es precisamente lo que acabamos de observar con ALMA y publicar en Nature”.

Por último, en este trabajo colaboraron instituciones como la Universidad de Princeton, Universidad de Hawai, Universidad de Harvard, ALMA, Universidad de Laiden y miembros del Núcleo Milenio de Discos Protoplanetarios (U. de chile y U. de Valparaíso). Por parte de la Universidad Diego Portales, colaboraron el profesor José Luis Prieto y los investigadores postdoctorales Alice Zurlo y David Principe del Núcleo de Astronomía UDP.