Estrellas y planetas: una breve introducci贸n
Las fronteras de las Astron谩utica I: estrellas, discos y planetas.
Como en muchos otros campos, los astrof铆sicos todav铆a no hemos alcanzado un consenso sobre la formaci贸n estelar, sobre los posibles mecanismos y sobre todo acerca de los detalles te贸ricos y observacionales. Existen varios posibles escenarios, pero todos tienen que ver con el colapso y fragmentaci贸n de una nube interestelar formada por polvo y, sobre todo, por gas (esencialmente hidr贸geno y helio).
Ilustraci贸n con uno de los posibles mecanismo inductores de la formaci贸n de una nueva generaci贸n: el efecto de una supernova cercana sobre una nube de materia interestelar (cr茅dito NASA/IPAC). Se puede encontrar una imagen en alta resoluci贸n aqu铆.
La V铆a L谩ctea est谩 poblada de inmensas nubes que adaptas estructuras muy complejas, generalmente localizadas en el plano de la galaxia, especialmente en los brazos en espiral. Normalmente se encuentran en equilibrio, pero alguna influencia externa puede alterar ese equilibrio, que nosotros denominamos hidrost谩tico, y puede provocar que se desestabilice y que las fuerzas gravitatorias venzan a la presi贸n dentro de la nube y a otras fuerzas que evitan el colapso (como fuerzas de origen magn茅tico). Una de estas causas puede ser la explosi贸n de una supernova cercana. El frente de choque barre el material que se encuentra a su paso. Cuando interact煤a con un nube, provoca la compresi贸n de su material y puede dar lugar a ese colapso que producir谩 la nueva generaci贸n de estrellas. El video que se encuentra a continuaci贸n describe este proceso de manera muy visual.
Recreaci贸n art铆stica que muestra el impacto del frente de ondas de una supernova sobre una nube de polvo y gas interestelar, y que da lugar a la formaci贸n de una nueva generaci贸n de estrellas (cr茅dito NASA/IPAC)
Los detalles de la formaci贸n estelar
En realidad deber铆a escribir los 鈥渘o-detalles鈥, ya que estos solo se encuentran, en su mejor caso, esbozados. La nube se comprime, se fragmenta en trozos m谩s peque帽os y cada uno de ellos dar谩 lugar a la formaci贸n de una protoestrella o a un sistema m煤ltiple, que est谩 rodeada por una capa de polvo y gas y que emite principalmente en el infrarrojo medio y lejano, que se ir谩 contrayendo y calentando progresivamente hasta tener un n煤cleo tan caliente y denso que tendr谩n lugar reacciones nucleares en su interior. De ese momento en adelante, esa ser谩 su principal fuente de energ铆a. Durante la mayor parte de su vida, ser谩 la transformaci贸n de hidr贸geno en helio.
Lo importante es que durante la fase inicial, que dura unos pocos millones de a帽os, la protoestrella sufre una serie de fen贸menos que son muy interesantes. Mientras se contrae, por el efecto de la conservaci贸n del momento angular (una magnitud que tiene que ver con la rotaci贸n de cualquier objeto), empieza a rotar m谩s y m谩s r谩pido. Tambi茅n acreta material. Primero de la envoltura, que tambi茅n se deposita en un disco circunestelar perpendicular al eje de rotaci贸n. Despu茅s es el disco, que se convierte en la principal reserva para el crecimiento de la masa de lo que ya se puede denominar como estrella. Adem谩s, la estrella es capaz de deshacerse de parte de su momento angular expulsando material por su eje de rotaci贸n, por sus polos. Lo hace en forma de chorro colimado, que sale a gran velocidad y puede alcanzar grandes distancias. Por otra parte, las interacciones din谩micas entre diferentes protoestrellas o estrellas dentro de una nube pueden dar lugar a que algunas salgan despedidas. Adem谩s, el disco tambi茅n tiene su propia evoluci贸n. Cambia de composici贸n qu铆mica, lso granos de polvo que la componen pueden agruparse y crecer de tama帽o, iniciando lo que ser谩 la formaci贸n de un sistema planetario. Este proceso puede durar varias decenas de millones de a帽os.
Simulaci贸n num茅rica realizada por Mathew Bate que nos muestra la formaci贸n de estrellas, enanas marrones y discos circunestelares, e incluye las interacciones din谩micas entre los distintos objetos, que en algunos casos pueden dar lugar a la expulsi贸n de algunos miembros de los sistemas m煤ltiples. Diferentes simulaciones se pueden encontrar en la p谩gina de Mathew Bate.
La formaci贸n de los sistemas planetarios
Hay varios mecanismos que describen en detalle la formaci贸n de un planeta. Sin embargo, dada la gran diversidad de exoplanetas encontrados hasta el momento, y la extraordinaria diferencia entre sus propiedades y configuraciones, ninguno de ellos puede catalogarse como universal. En cualquier caso, lo que si sabemos es que la formaci贸n de un sistema planetario es una consecuencia natural de la formaci贸n de una estrella. Esto no quiere decir que todas las estrellas tengan planetas, pero s铆 que los planetas se forman como subproducto de aqu茅l proceso y que es ocurre con gran frecuencia.
Recreaci贸n art铆stica de los fases iniciales en la aparici贸n de un planeta a partir del material de un disco circunestelar. Se puede apreciar como la condensaci贸n inicial acreta materia y vac铆a su 贸rbita de otros objetos, creando un hueco en el disco (cr茅dito NASA) .
Los n煤meros de los exoplanetas:
驴Cu谩ntos?: 264 (actualizado el 2007/XI/09)
- 251 por el m茅todo de la velocidad radiales (215 sistemas, 25 m煤ltiples)
- 32 por el m茅todo de los tr谩nsitos planetarios
- 4 por la t茅cnica de 鈥渕icrolensing鈥 o lente gravitacional.
- 4 vistos en im谩genes directas (2M1207, GQ Lup, AB Pic, SCR 1845)
- 5 por la t茅cnica de 鈥渢iming鈥, incluyendo en p煤lsares (en dos sistemas, uno de ellos con tres planetas)
- 3 IPMOS o xebarcos confirmados (objetos aislados de masa planetaria).
Rangos:
- Las masas (sin tener en cuenta el factor de inclinaci贸n) se encuentran entre 0.018 y 18.4 masas de J煤piter
- Las distancias a la estrella van desde 0.0177 hasta 9.21 unidades astron贸micas.
- Excentricidades de hasta 0.927 (贸rbitas casi parab贸licas en alg煤n caso)
- Periodos orbitales extraordinariamente bajos (1,211909 d铆as) o bastante largos (29,86 a帽os, limitados por el tiempo que se llevan observando estos sistemas)
Imagen tomada en el infrarrojo cercano del objeto de masa planetaria asociado a la enana marr贸n 2M1207 (cr茅dito ESO/Gael Chauvin). Es la primera imagen directa, tomada en el 2004, de un objeto de este tipo. Se puede encontrar una imagen en alta resoluci贸n aqu铆.
El bestiario exoplanetario:
Si una cosa ha quedado clara, es que los exoplanetas no han respondido a nuestras expectativas, a nuestras preconcepciones. Ning煤n escrito de ciencia ficci贸n de de nace m谩s de 30 a帽os podr铆a haber imaginado la extraordinaria variedad, tanto en sus propiedades intr铆nsecas como en las configuraci贸n de los propios sistemas planetarios. Existen, ciertamente, sistemas planetarios an谩logos al Sistema Solar, incluso estrellas gemelas del Sol con hasta cinco planetas confirmados, como es el caso de 55 Cnc. Pero tambi茅n nos encontramos planetas en ambientes mucho m谩s extra帽os, que incluyen desde aqu茅llos que orbitan en torno a estrellas de neutrones como los que est谩n ligados a enanas marrones. Incluso los hemos encontrado flotando libremente en el espacio, aunque asociados a diferentes regiones de formaci贸n estelar. En una ocasi贸n anterior ya hemos hablado de los records interplanetarios, mostrando algunas propiedades extremas de exoplanetas y miembros del Sistema Solar.
Comparaci贸n entre el sistema de 2M1207 y el Sistema solar (cr茅dito ESO). Se puede encontrar una imagen en alta resoluci贸n aqu铆.
La sofisticaci贸n de nuestras t茅cnicas de observaci贸n ha llegado hasta tal punto que podemos analizar las propiedades de la atm贸sfera del exoplaneta, comparando espectros tomados antes y durante el eclipse (incluyendo cuando el planeta pasa por detr谩s de la estrella), determinar la temperatura superficial del mismo o incluso vislumbrar (casi dir铆a intuir) la presencia de agua. Desaf铆os sorprendentes que han colmados nuestras expectativas.
Ilustraciones que muestran la extraordinaria sofisticaci贸n que hemos alcanzado en el estudio de las propiedades de los exoplanetas. Diferentes t茅cnicas nos permiten medir desde las propiedades de sus atm贸sferas, mediante el uso de tr谩nsitos por delante y detr谩s del disco estelar, como la temperatura superficial del planeta. Se puede encontrar una imagen en alta resoluci贸n aqu铆.
Los siguientes pasos … la b煤squeda de planetas rocosos, tipo Tierra, y el descubrimiento de vida. Una nueva aventura apasionate, de la que hablar茅 en las siguientes entradas.
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En serio, me quito el sombrero con tus historias. Sigues sorprendiéndome con tus exposiciones, y gracias por los enlaces a video y figuras. De verdad, a mí me cuesta cada vez más sacar un rato para contar algo nuevo, y tú te explayas varias veces a la semana. Mi más sana envidia y recuerdos desde Sydney.