El telescopio James Webb descubrió tres anillos de asteroides alrededor de una estrella

Una enorme nube de polvo alrededor de una de las estrellas más cercanas y brillantes del cielo nocturno fue captada por astrónomos a través del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de la NASA.

Los expertos lograron para obtener increíbles imágenes del polvo cálido alrededor de una estrella joven cercana, llamada Fomalhaut, con el fin de estudiar el primer cinturón de asteroides visto fuera de nuestro Sistema Solar en luz infrarroja.

Pero para su sorpresa, las estructuras polvorientas son mucho más complejas que los cinturones de polvo de asteroides y Kuiper de nuestro Sistema Solar. Es que la imagen revela tres cinturones anidados que se extienden a 23 mil millones de kilómetros de la estrella. Eso es 150 veces la distancia de la Tierra al Sol. La escala del cinturón más externo es aproximadamente el doble de la escala del Cinturón de Kuiper de cuerpos pequeños y polvo frío más allá de Neptuno.

Los cinturones interiores, que nunca antes se habían visto, fueron revelados por Webb por primera vez.

Los cinturones de polvo que rodean a la joven estrella caliente, son los desechos de las colisiones de cuerpos más grandes, análogos a los asteroides y los cometas, y se describen con frecuencia como “discos de desechos”. Esa estrella puede verse a simple vista como la más brillante de la constelación austral Piscis Austrinus.

“Describiría a Fomalhaut como el arquetipo de los discos de escombros que se encuentran en otras partes de nuestra galaxia, porque tiene componentes similares a los que tenemos en nuestro propio sistema planetario”, explicó el astrónomo András Gáspár de la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal de un nuevo artículo en la revista Nature Astronomy, en el que describe el hallazgo. “Al observar los patrones en estos anillos, podemos comenzar a hacer un pequeño boceto de cómo debería ser un sistema planetario, si pudiéramos tomar una imagen lo suficientemente profunda como para ver los planetas que podrían integrarlo”.

El Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Espacial Herschel, así como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), han tomado previamente imágenes nítidas del cinturón más externo. Sin embargo, ninguno de ellos encontró ninguna estructura interior a la misma. Pero el Webb sí lo hizo ahora. Los cinturones interiores han sido resueltos por primera vez por Webb en luz infrarroja.

“Donde Webb realmente sobresale es que podemos resolver físicamente el brillo térmico del polvo en esas regiones internas. Así que puedes ver cinturones internos que nunca antes pudimos ver”, agregó Schuyler Wolff, otro miembro del equipo de la Universidad de Arizona.

Hubble, ALMA y Webb se están uniendo para ensamblar una vista holística de los discos de escombros alrededor de varias estrellas. “Con Hubble y ALMA, pudimos obtener imágenes de un montón de análogos del cinturón de Kuiper y hemos aprendido mucho sobre cómo se forman y evolucionan los discos externos. Pero necesitamos que Webb nos permita obtener imágenes de una docena de cinturones de asteroides en otros lugares. Podemos aprender tanto sobre las regiones cálidas internas de estos discos como Hubble y ALMA nos enseñaron sobre las regiones exteriores más frías”, precisó Wolff.

Es muy probable que estos cinturones estén tallados por las fuerzas gravitatorias producidas por planetas invisibles. De manera similar, dentro de nuestro sistema solar, Júpiter acorrala el cinturón de asteroides, el borde interior del cinturón de Kuiper está esculpido por Neptuno, y el borde exterior podría estar guiado por cuerpos aún no vistos más allá. A medida que Webb tome imágenes de más sistemas, aprenderemos sobre las configuraciones de sus planetas. En el futuro, los astrónomos esperan obtener imágenes de discos de escombros como el de Fomalhaut alrededor de otras estrellas utilizando JWST.

El anillo de polvo de Fomalhaut fue descubierto en 1983 en observaciones realizadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS) de la NASA. La existencia del anillo también se ha inferido a partir de observaciones anteriores y de mayor longitud de onda utilizando telescopios submilimétricos en Mauna Kea, Hawái, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Observatorio Submilimétrico de Caltech.

“Los cinturones alrededor de Fomalhaut son una especie de novela de misterio: ¿Dónde están los planetas?”, se preguntó George Rieke, otro miembro del equipo y líder científico de EEUU para el Instrumento de infrarrojo medio de Webb (MIRI), que hizo estas observaciones. “Creo que no es un gran salto decir que probablemente haya un sistema planetario realmente interesante alrededor de la estrella”, remarcó.

“Definitivamente no esperábamos la estructura más compleja con el segundo cinturón intermedio y luego el cinturón de asteroides más amplio. Esa estructura es muy emocionante porque cada vez que un astrónomo ve un espacio y anillos en un disco, dice: ‘¡Podría haber un planeta incrustado dando forma a los anillos!”, agregó Wolff. “Esa estructura es muy emocionante porque cada vez que un astrónomo ve un espacio y anillos en un disco, dice: ‘¡Podría haber un planeta incrustado dando forma a los anillos!’”.

Investigaciones más profundas de más sistemas como Fomalhaut con JWST podrían revelar cómo se mueven los planetas a través de estos discos planos. Mientras tanto, observar la nube de polvo en sí podría revelar detalles sobre la estructura de los sistemas planetarios distintos al nuestro. Esto incluye descubrir cómo son sus asteroides, que son demasiado pequeños para verlos incluso con instrumentos poderosos como JWST o Hubble, y si son similares a las rocas espaciales que giran alrededor de nuestra estrella y sus planetas.

Webb también tomó imágenes de lo que Gáspár llama “la gran nube de polvo”, que puede ser evidencia de una colisión que ocurre en el anillo exterior entre dos cuerpos protoplanetarios. Esta es una característica diferente de un presunto planeta visto por primera vez dentro del anillo exterior por el Hubble en 2008. Las observaciones posteriores del Hubble mostraron que en 2014 el objeto había desaparecido. Una interpretación plausible es que esta característica recién descubierta, como la anterior, es una nube en expansión de partículas de polvo muy finas de dos cuerpos helados que chocaron entre sí.

La idea de un disco protoplanetario alrededor de una estrella se remonta a finales del siglo XVIII, cuando los astrónomos Immanuel Kant y Pierre-Simon Laplace desarrollaron de forma independiente la teoría de que el Sol y los planetas se formaron a partir de una nube de gas en rotación que colapsó y se aplanó debido a la gravedad.

Los discos de escombros se desarrollan más tarde, siguiendo la formación de planetas y la dispersión del gas primordial en los sistemas. Muestran que pequeños cuerpos como asteroides chocan catastróficamente y pulverizan sus superficies en enormes nubes de polvo y otros desechos. Las observaciones de su polvo proporcionan pistas únicas sobre la estructura de un sistema exoplanetario, llegando hasta planetas del tamaño de la Tierra e incluso asteroides, que son demasiado pequeños para verlos individualmente.

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