ALMA descubre un sistema de estrellas binarias con disco protoplanetario polar

Una impresión artística de una vista del sistema binario de estrellas HD 98800BaBb y el disco circundante. Crédito de la imagen: Mark Garlick, University of Warwick.

Una nueva investigación dirigida por un astrónomo de la Universidad de Warwick ha encontrado el primer ejemplo confirmado de un sistema estelar doble que ha volteado el disco que lo rodea a una posición que salta sobre el plano orbital de esas estrellas. El equipo internacional de astrónomos usó el Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) de Atacama para obtener imágenes de alta resolución del disco del tamaño de un cinturón de asteroides. 

El sistema general presenta la visión inusual de un grueso aro de gas y polvo que gira en ángulo recto a la órbita de la estrella binaria. Hasta ahora, esta configuración solo existía en la mente de los teóricos, pero la observación de ALMA demuestra que los discos polares de este tipo existen, y pueden incluso ser relativamente comunes. 

El sistema estelar es parte de HD 98800, un joven sistema de estrellas cuádruples que se encuentra a unos 146,4 años luz de distancia, ha sido miembro de la asociación TW Hydrae de 10 millones de años. 

La nueva investigación fue publicada el 14 de enero por el Dr. Grant M. Kennedy, investigador de la Royal Society University, del Departamento de Física de la Universidad de Warwick y por el Centro para Exoplanetas y Habitabilidad en la Astronomía de la Naturaleza en un artículo titulado “Un disco protoplanetario circumbinario en una zona polar. configuración".

El Dr. Grant M. Kennedy de la Universidad de Warwick dijo: 

“Los discos ricos en gas y polvo se ven alrededor de casi todas las estrellas jóvenes, y sabemos que al menos un tercio de las que orbitan estrellas individuales forman planetas. Algunos de estos planetas terminan desalineados con el giro de la estrella, por lo que nos hemos estado preguntando si algo similar podría ser posible para los planetas circumbinarios. Una peculiaridad de la dinámica significa que la llamada desalineación polar debería ser posible, pero hasta ahora no teníamos evidencia de discos desalineados en los que pudieran formarse estos planetas". 

El Dr. Kennedy y sus colegas investigadores utilizaron ALMA para precisar la orientación del anillo de gas y polvo en el sistema. La órbita del binario se conocía previamente, a partir de observaciones que cuantificaban cómo las estrellas se mueven en relación unas con otras. Al combinar estas dos piezas de información, pudieron establecer que el anillo de polvo era consistente con una órbita perfectamente polar. Esto significa que mientras las órbitas estelares se orbitan entre sí en un plano, como dos caballos que circulan en un carrusel, el disco rodea estas estrellas en ángulo recto con sus órbitas, como una noria gigante con el carrusel en el centro. 

Una impresión artística de la vista desde un planeta en el sistema HD 98800BaBb. Crédito de la imagen: Mark Garlick, University of Warwick.

El Dr. Grant M. Kennedy de la Universidad de Warwick agregó: 

“Quizás lo más emocionante de este descubrimiento es que el disco muestra algunas de las mismas firmas que atribuimos al crecimiento de polvo en los discos alrededor de estrellas individuales. Consideramos que esto significa que la formación de planetas al menos puede iniciarse en estos discos circumbinarios polares. Si el resto del proceso de formación de planetas puede suceder, podría haber una población completa de planetas circumbinarios desalineados que aún no hemos descubierto, y cosas como extrañas variaciones estacionales que considerar”. 

Si hubiera un planeta o planetoide presente en el borde interior del anillo de polvo, el anillo en sí aparecería desde la superficie como una banda ancha que se eleva casi perpendicularmente desde el horizonte. La configuración polar significa que las estrellas parecen moverse dentro y fuera del plano del disco, dando a los objetos dos sombras a veces. Las estaciones en los planetas en tales sistemas también serían diferentes. En la Tierra varían a lo largo del año a medida que orbitamos el Sol. Un planeta circumbinario polar tendría estaciones que también varían a medida que diferentes latitudes reciben más o menos iluminación a lo largo de la órbita binaria. 

El coautor, Dr. Daniel Price, del Centro de Astrofísica de la Universidad de Monash (MoCA) y la Escuela de Física y Astronomía, agregó: 

“Solíamos pensar que otros sistemas solares se formarían como el nuestro, con los planetas orbitando en la misma dirección alrededor de un solo sol. Pero con las nuevas imágenes vemos un disco giratorio de gas y polvo que orbita alrededor de dos estrellas. Fue bastante sorprendente encontrar también que ese disco orbita en ángulos rectos a la órbita de las dos estrellas. 

"Increíblemente, se vieron dos estrellas más orbitando ese disco. Entonces, si los planetas nacieran aquí, ¡habría cuatro soles en el cielo! 

"ALMA es simplemente un telescopio fantástico, nos está enseñando mucho sobre cómo nacen los planetas en otros sistemas solares". 

La investigación está respaldada por la Alianza Monash Warwick, establecida por la Universidad de Warwick y la Universidad de Monash en 2012 como un proyecto audaz e innovador para desarrollar una Alianza con una amplitud, escala e impacto más allá de la práctica estándar en el sector. 

El equipo completo de investigación para este trabajo fue: el Dr. Grant M. Kennedy del Departamento de Física y el Centro de Exoplanetas y Habitabilidad de la Universidad de Warwick como autor principal y; Luca Matra` y David J. Wilner, del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica; Stefano Facchini de Max-Planck-Institut fu¨r Extraterrestrische Physik; Julien Milli del Observatorio Europeo del Sur (ESO); Olja Panic de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de Leeds; Daniel Price del Centro de Astrofísica de la Universidad de Monash (MoCA) y la Escuela de Física y Astronomía; y Mark C. Wyatt y Ben M. Yelverton del Instituto de Astronomía de la Universidad de Cambridge. 

Publicación: “Un disco protoplanetario circumbinario en una configuración polar” en Nature Astronomy (2019), DOI: 10.1038 / s41550-018-0667-x 

Fuente: Universidad de Warwick,