Esta foto de restos planetarios no se parece a nada que hayamos visto hasta ahora

Fomalhaut es una de las estrellas más brillantes del cielo nocturno y el telescopio espacial James Webb ha revelado cinturones de material que orbitan alrededor de la estrella con un detalle asombroso.

Por Megan Gannon
Publicado 9 may 2023, 11:10 CEST
Tres cinturones de escombros anidados se extienden a 22 000 millones de kilómetros de estrella Fomalhaut

Tres cinturones de escombros polvorientos anidados se extienden a 22 000 millones de kilómetros de la joven estrella Fomalhaut. Lo más probable es que los cinturones interiores hayan sido esculpidos por las fuerzas gravitatorias de planetas invisibles, como muestra esta imagen del telescopio espacial James Webb, que bloquea la luz de la estrella para revelar el material circundante.

Fotografía de Image by NASA, ESA, CSA; IMAGE PROCESSING: András Gáspár, University of Arizona, and Alyssa Pagan, STScI

Una nueva imagen del telescopio espacial James Webb (JWST) ha proporcionado a los científicos una impresionante visión de los cinturones polvorientos de escombros que rodean a una estrella cercana. Similares al cinturón de asteroides de nuestro propio sistema solar, estos anillos orbitales de roca y hielo destrozados podrían ayudar a revelar cómo se forman los sistemas planetarios.

Los discos de escombros orbitan Fomalhaut, una estrella más joven y más grande que el Sol, a unos 25 años luz de la Tierra. Fomalhaut, una de las estrellas más brillantes del cielo nocturno, brilla en la constelación austral Piscis Austrinus. Aunque anteriormente se habían observado dos cinturones alrededor de Fomalhaut, la nueva imagen publicada hoy en la revista Nature Astronomy muestra que en realidad hay tres cinturones que rodean la estrella.

"No creo que nadie pueda mirar esa imagen y no pensar: 'Vaya, es preciosa", afirma Alycia Weinberger, astrónoma de la Carnegie Institution for Science de Washington, D.C. (Estados Unidos), que no participó en el estudio.

Fomalhaut es mucho más caliente que nuestro Sol y unas 15 veces más brillante. Situada a 25 años luz de la Tierra, está quemando hidrógeno a una velocidad tan vertiginosa que se consumirá en sólo mil millones de años, aproximadamente el diez por ciento de la vida de nuestra estrella.

Fotografía de Image by NASA, ESA, and the Digitized Sky Survey 2

Fomalhaut es famosa entre los astrónomos porque en ella se encuentra uno de los primeros cinturones descubiertos fuera de nuestro sistema solar. En la década de 1980, investigadores que utilizaban el Satélite Astronómico Infrarrojo descubrieron por casualidad cinturones de desechos alrededor de unas estrellas conocidas como las cuatro fabulosas: Fomalhaut, Vega, Beta Pictoris y Epsilon Eridani.

El sistema Fomalhaut se volvió aún más intrigante en 2008, cuando los astrónomos que utilizaban el telescopio espacial Hubble detectaron lo que parecía ser un planeta masivo en órbita alrededor de la estrella. Fomalhaut b fue el primer exoplaneta observado directamente en luz visible. En 2020, András Gáspár, de la Universidad de Arizona, dirigió un estudio según el cual el objeto era probablemente una nube de polvo resultante de la colisión entre dos objetos más pequeños.

Gáspár llevaba años esperando poder observar más de cerca el sistema Fomalhaut con el JWST, el mayor telescopio espacial de la historia. Comenzó a diseñar un programa para observar la estrella con el instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST en 2016. El telescopio se lanzó finalmente el día de Navidad de 2021 y, en octubre de 2022, Gáspár tuvo la oportunidad de volver a visitar Fomalhaut.

El telescopio espacial Hubble captó en 2008 en luz visible lo que se creía que era un exoplaneta masivo, Fomalhaut b (en el recuadro). Sin embargo, el JWST no lo detectó en el infrarrojo medio y probablemente se trataba de una nube de polvo procedente de una colisión entre dos miniplanetas.

Fotografía de Image by Paul Kalas, University of California, Berkeley, NASA, ESA

"Pinta un panorama muy distinto del que suponíamos que veríamos", afirma Gáspár. "Es realmente emocionante. Vemos un sistema muy complejo y muy dinámicamente activo".

En el Sistema Solar, alrededor del Sol, el Cinturón de Asteroides y el más distante cinturón de Kuiper contienen los restos del sistema solar: asteroides, cometas, planetesimales y otros restos antiguos que no se incorporaron a los planetas. Debería haber discos de escombros dando vueltas alrededor de miles de otras estrellas, pero observar esos lejanos cinturones de roca espacial destrozada no es tarea fácil.

MIRI capta la luz del infrarrojo medio, que el ojo humano no puede ver. Este tipo de luz es especialmente útil para observar el polvo. Los telescopios espaciales anteriores también tenían instrumentos para el infrarrojo medio, pero la apertura de MIRI es mucho mayor, lo que significa que puede recoger más luz y resolver objetos más débiles.

"Es algo sin precedentes", afirma Gáspár. "Y no creo que volvamos a ver nada parecido en mi carrera profesional. Es realmente una oportunidad única para los astrónomos".

Utilizando MIRI, Gáspár y sus colegas vieron que el sistema Fomalhaut no sólo tiene un disco interior como el Cinturón de Asteroides y un gran anillo exterior polvoriento como el cinturón de Kuiper, sino también un difuso anillo intermedio. Los huecos entre los anillos, así como su desalineación, sugieren que hay planetas invisibles orbitando alrededor de la estrella que son demasiado pequeños para ser observados.

"Es genial ver por fin toda la estructura del interior del cinturón principal de polvo que otros telescopios no habían podido ver nunca, así que estaba muy emocionada", afirma Samantha Lawler, astrónoma de la Universidad de Regina, en Saskatchewan (Canadá), que no participó en la nueva investigación. "Podría pasarme mucho tiempo contemplando esa imagen".

El cinturón intermedio fue una sorpresa, añade, porque imágenes anteriores no habían mostrado nada allí.

En su día se pensó que Fomalhaut b era un planeta, pero ahora los investigadores creen que se trata de una nube de polvo procedente de las secuelas de una colisión entre dos cuerpos protoplanetarios de 200 kilómetros de ancho. La "gran nube de polvo" recién descubierta podría ser la consecuencia de una colisión de este tipo, pero de cuerpos mucho mayores. Otra teoría es la de "una galaxia de fondo que nos está jugando una mala pasada y que se encuentra justo detrás del anillo exterior (KBA)". Una observación de seguimiento debería ayudarnos a decidir", escribió András Gáspár, de la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal del nuevo artículo.

Fotografía de Image by ESA, NASA, and M. Kornmesser

"Encaja muy bien con la teoría de que Fomalhaut b, el candidato a exoplaneta, es una nube de polvo procedente de una colisión, porque hay un montón de cosas a esta distancia de las que Fomalhaut b tendría que haber salido", afirma Lawler.

El polvo de ese anillo intermedio no ha permanecido durante 400 millones de años, la edad estimada de Fomalhaut. Tendría que estar regenerándose constantemente a partir de colisiones entre asteroides y cometas, y el equipo del estudio cree que puede haber detectado otra nube de polvo procedente de una colisión que está en proceso de expansión.

Esta "gran nube de polvo" fue avistada en el cinturón exterior, y su tamaño, así como el de los granos de polvo que reflejan la luz al telescopio, sugieren que la nube procede de una colisión entre dos planetesimales de unos 720 kilómetros de ancho cada uno.

"Esperamos que se produzcan colisiones en los discos de escombros", afirma la astrofísica Meredith MacGregor, de la Universidad de Colorado en Estados Unidos, que no participó en el estudio. "Los pequeños granos de polvo se eliminan en escalas de tiempo más cortas que la edad del sistema, lo que significa que el polvo que vemos hoy tiene que haberse regenerado mediante colisiones".

Pero "no resolvemos regularmente eventos de colisión individuales", señala. "Es fundamental asegurarnos de que... [se trata] efectivamente de algo asociado al sistema y no de un objeto de fondo".

Antes de la imagen de Fomalhaut del JWST, otros telescopios sólo podían ver el cinturón exterior, como en esta imagen de 2012 del Observatorio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea.

Fotografía de Image by ESA, Herschel, PACS, Bram Acke, KU Leuven, Belgium

Miles de sistemas únicos

Los hallazgos están entusiasmando a los investigadores, especialmente a los que han estado esperando a ver qué nuevas posibilidades abre el JWST. "Es asombroso ver la calidad de los datos y pensar en la nueva ciencia que podremos hacer", afirma MacGregor.

Gáspár tiene planes para nuevas observaciones con el JWST de los discos de escombros alrededor de las estrellas Vega y Epsilon Eridani. "Ninguno de sus discos ha sido observado realmente bien, y sabemos que están ahí, así que podremos ver esos sistemas bien definidos por primera vez", afirma. Una mejor comprensión de los discos de escombros alrededor de otras estrellas podría ser crucial para entender cómo se forman los sistemas planetarios.

"Lo que realmente nos gustaría comprender es dónde pueden formarse los planetas. ¿A qué distancia de sus estrellas pueden formarse? ¿Cómo se mueven después de formarse?". dice Weinberger. "Creemos que podemos deducir esa información observando la estructura de los discos".

Al examinar los cinturones de roca y hielo que rodean a otras estrellas, los científicos también pueden hacerse una mejor idea de si nuestro sistema solar es una estructura típica o si aquí ocurrió algo extraño y único.

"Hasta ahora ya se han descubierto otros 5000 exoplanetas", dice Weinberger, "y muchos de ellos están en sistemas que no se parecen en nada a nuestro sistema solar".

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.

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