La joven estrella TW Hydrae está jugando “sombras chinescas” con los científicos que la observan con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA.
En 2017, los astrónomos informaron el descubrimiento de una sombra que atraviesa la cara de un vasto disco de gas y polvo en forma de panqueque que rodea a la estrella enana roja. La sombra no proviene de un planeta, sino de un disco interno ligeramente inclinado en relación al disco externo mucho más grande, lo que hace que proyecte una sombra. Una explicación es que la gravedad de un planeta no visible está atrayendo polvo y gas hacia su órbita inclinada.
Ahora, una segunda sombra, jugando al escondite, ha surgido en tan solo unos pocos años entre observaciones almacenadas en el archivo MAST del Hubble. Esto podría ser resultado de otro disco anidado dentro del sistema. Los dos discos son probablemente evidencia de un par de planetas en proceso de formación.
TW Hydrae tiene menos de 10 millones de años y se encuentra a unos 200 años luz de distancia. En sus primeras etapas, nuestro sistema solar pudo haberse asemejado al sistema TW Hydrae, hace unos 4.6 mil millones de años. Debido a que el sistema TW Hydrae está inclinado casi de frente a nuestra vista desde la Tierra, es un objetivo óptimo para obtener una visión privilegiada de un astillero de construcción planetaria.
La segunda sombra fue descubierta en observaciones realizadas el 6 de junio de 2021, como parte de un programa plurianual diseñado para rastrear las sombras en discos circumestelares. John Debes de AURA/STScI para la Agencia Espacial Europea en el Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial en Baltimore, Maryland, comparó el disco de TW Hydrae con observaciones realizadas por el Hubble varios años atrás.
“Descubrimos que la sombra había hecho algo completamente diferente”, dijo Debes, quien es el investigador principal y autor principal del estudio publicado en The Astrophysical Journal. “Cuando vi los datos por primera vez, pensé que algo había salido mal con la observación porque no era lo que esperaba. Al principio, estaba perplejo, y todos mis colaboradores se preguntaban qué estaba pasando. Realmente tuvimos que rascarnos la cabeza y nos llevó un tiempo encontrar una explicación”.
La mejor solución que el equipo encontró es que hay dos discos desalineados proyectando sombras. Estaban tan cerca uno del otro en la observación anterior que se pasaron por alto. Con el tiempo, ahora se han separado y dividido en dos sombras. “Nunca antes habíamos visto esto en un disco protoplanetario. Esto hace que el sistema sea mucho más complejo de lo que originalmente pensábamos”, dijo.
La explicación más sencilla es que los discos desalineados probablemente sean causados por la atracción gravitatoria de dos planetas en planos orbitales ligeramente diferentes. El Hubble está construyendo una visión integral de la arquitectura del sistema.
Imágenes de comparación tomadas por el Telescopio Espacial Hubble, con varios años de diferencia, han revelado dos sombras espeluznantes moviéndose en sentido contrario a las agujas del reloj a través de un disco de gas y polvo que rodea a la joven estrella TW Hydrae. Los discos están inclinados de frente hacia la Tierra, lo que permite a los astrónomos tener una vista aérea de lo que está sucediendo alrededor de la estrella. La imagen de la izquierda, tomada en 2016, muestra solo una sombra [A] en la posición de las 11 en punto. Esta sombra es proyectada por un disco interno ligeramente inclinado con respecto al disco externo, bloqueando así la luz estelar. La imagen de la derecha muestra una segunda sombra que emerge de otro disco anidado [C] en la posición de las 7 en punto, fotografiada en 2021. El disco interno original está marcado como [B] en esta vista más reciente. Las sombras giran alrededor de la estrella a diferentes velocidades, como las manecillas de un reloj. Son evidencia de dos planetas invisibles que han atraído polvo hacia sus órbitas. Esto los hace ligeramente inclinados entre sí. Esta es una fotografía en luz visible tomada con el Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial. Se ha agregado color artificial para resaltar detalles.
Los discos podrían ser representaciones de planetas que se superponen mientras giran alrededor de la estrella. Es como hacer girar dos discos de vinilo a velocidades ligeramente diferentes. A veces las etiquetas se alinean, pero luego uno se adelanta al otro.
“Esto sugiere que los dos planetas deben estar bastante cerca uno del otro. Si uno se moviera mucho más rápido que el otro, esto se habría notado en observaciones anteriores. Es como dos autos de carreras que están cerca uno del otro, pero uno lentamente adelanta y adelanta al otro”, dijo Debes.
Se cree que los planetas sospechosos se encuentran en una región aproximadamente a la distancia de Júpiter desde nuestro Sol. Y las sombras completan una rotación alrededor de la estrella aproximadamente cada 15 años, el período orbital que se esperaría a esa distancia de la estrella.
Además, estos dos discos internos están inclinados aproximadamente de cinco a siete grados en relación con el plano del disco externo. Esto es comparable al rango de inclinaciones orbitales dentro de nuestro sistema solar. “Esto está en línea con la arquitectura típica del estilo del sistema solar”, dijo Debes.
El disco externo sobre el cual caen las sombras puede extenderse hasta varias veces el radio del cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar. Este disco más grande tiene una curiosa brecha a una distancia dos veces mayor al promedio de Plutón desde el Sol. Esto podría ser evidencia de un tercer planeta en el sistema.
Cualquier planeta interno sería difícil de detectar porque su luz se perdería en el resplandor de la estrella. Además, el polvo en el sistema atenuaría su luz reflejada. El observatorio espacial Gaia de la ESA puede medir una oscilación en la estrella si los planetas del tamaño de Júpiter están ejerciendo una atracción sobre ella, pero esto llevaría años debido a los largos períodos orbitales.
Los datos de TW Hydrae provienen del Espectrógrafo de Imágenes del Telescopio Espacial Hubble. La visión infrarroja del Telescopio Espacial James Webb también podría mostrar las sombras con más detalle.
El Telescopio Espacial Hubble es un proyecto de cooperación internacional entre la NASA y la ESA. El Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, administra el telescopio. El Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial (STScI) en Baltimore lleva a cabo las operaciones científicas del Hubble. El STScI es operado para la NASA por la Asociación de Universidades para la Investigación en Astronomía, en Washington, D.C.
Por Andrea Gianopoulos
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD
Fuentes: Hubble Follows Shadow Play Around Planet-Forming Disk
