La estrella Vega y su disco poco común vuelven a ser noticia.

Crédito de imagen -NASA

Los astrónomos combinaron el poder del Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Telescopio Espacial James Webb (JWST) para confirmar que no hay planetas gigantes en el disco que rodea a Vega, una de las estrellas más conocidas del cielo.[1].

Vega es la superestrella

Vega es la segunda estrella más brillante del hemisferio celeste norte y la estrella más brillante de la constelación de Lyra. Debido a su proximidad al polo norte celeste, en la antigüedad se la consideraba la estrella polar. Incluso en una ciudad con contaminación lumínica, esta estrella no puede pasar desapercibida.

Además de su prominencia en el cielo, en la década de 1950, Vega se convirtió en una de las estrellas más importantes para la astronomía moderna. Esto fue gracias al astrónomo Harold Lester Johnson, quien utilizó Vega como punto de referencia para determinar los colores de otras estrellas. Para esto, Johnson introdujo tres filtros especiales que formaron el sistema fotométrico ultravioleta, azul y visual (UBV). Usando estos filtros y comparando el brillo de las estrellas con el de Vega, es posible dar un valor de color para cualquier estrella.

¿Cómo funciona esto? Piensa en una regla de medir en donde Vega es el punto cero para todos los colores. Si se observa una estrella con uno de los filtros de la UBV y la estrella es más tenue que Vega, su magnitud es un valor positivo. Ahora supongamos que se observa Vega con otro telescopio en la Tierra o en el espacio y se utilizan estos mismos filtros. En ese caso, se podrá establecer el punto cero de ese observatorio y comparar estos datos con los de astrónomos de todo el mundo.

Usar una estrella como Vega, una estrella tipo A0 V, no fue arbitrario. Los astrónomos creían que este tipo de estrella no tendría un disco o una fuente de enrojecimiento, convirtiéndola en una excelente candidata para calibrar las observaciones en cualquier tipo de luz. Sin embargo, cuanto más observaban Vega, más sospechaban que tenía un disco.

Vega como campo de pruebas para discos de escombros

El Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS), el primer telescopio infrarrojo en el espacio, descubrió que Vega tenía un disco en 1984 [2]. Después, en 2005, el Telescopio Espacial Infrarrojo Spitzer de la NASA trazó un mapa del disco [3]. En estas observaciones, los astrónomos propusieron que este anillo indicaba la posible presencia de planetas entre el cinturón interiores cálido y el exterior más frío. Otra explicación propuesta fue que este anillo estuviera asociado con una población de cuerpos asteroidales más grandes, análogos al Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar[4].

En 2006, astrónomos utilizaron el Observatorio Submilimétrico de Caltech en Mauna Kea, Hawaii para obtener imágenes del disco. Encontraron que mostraba una morfología similar a un anillo con un radio de aproximadamente 100 AU y con granos de aproximadamente 1 mm de tamaño. Combinado con las observaciones de Spitzer, los granos parecían estar concentrados en tres lugares diferentes. Algo que atribuyeron a ser producido por resonancias planetarias[5].

Otra pieza del rompecabezas la proporcionaron las observaciones realizadas en infrarrojo con el Telescopio Espacial Herschel de la ESA (Agencia Espacial Europea) en 2010. Estas observaciones revelan que la estructura del disco era lisa, sin estructura grumosa, al menos hasta el límite de sensibilidad de estos datos[6].

Más recientemente, los astrónomos observaron el polvo más frío en Vega utilizando el Arreglo Largo Millimetrico/Submillimetrico de Atacama (ALMA por sus siglas en inglés) en Chile. Estas observaciones proporcionaron tres escenarios diferentes que podrían explicar las observaciones:

1. Un escenario sin planetas con un cinturón exterior que nació con el borde interior observado,

2. Una cadena de planetas poco espaciados, con un planeta externo de masa mayor o igual que 6 masas terrestres y que esta a ≲70 UA de la estrella, truncando el borde interior del cinturón exterior y que podría producir el polvo caliente y cálido observado en las región interior del sistema ​​

3. Un planeta gigante exterior solitario, con masa hasta el límite proporcionado por imágenes directas y que se encuentra entre ∼5 a 50-60 AU de la estrella [7].

Las observaciones de HST y JWST

Utilizando la potencia combinada de HST y JWST, los astrónomos obtuvieron una vista más detallada del disco de polvo cálido que rodea a Vega. Mientras que JWST revela el brillo infrarrojo de un disco de partículas del tamaño de arena, Hubble captura el halo exterior de este disco, con partículas no mayores que la consistencia del humo que reflejan la luz de las estrellas.

Las observaciones revelaron que en el disco, que tiene un radio de 513 UA, hay un amplio anillo análogo al cinturón de Kuiper. Este cinturón esta entre 80 y 170 UA y coincide con el cinturón planetesimal detectado por ALMA. La parte interior está llena de residuos calientes que brillan con mayor eficacia en el infrarrojo medio. Las observaciones del JWST también revelan una caída o brecha de flujo poco profunda a 60 UA de la estrella. Con estas observaciones, los astrónomos concluyen que más alla de aproximadamente 10 UA no puede haber planetas con la masa de Saturno orbitando la estrella.

Con JWST también se observa que el disco Vega es increíblemente liso, con material ordenado por la diferencia de presión que la radiación que Vega ejerce sobre partículas de diferentes tamaños. Si estuviera presente un planeta gigante, veríamos una clara brecha en el polvo que el planeta surca mientras orbita la estrella central.

Lo que aprendimos

De estas observaciones se podría argumentar que estrellas como Vega tienen un disco liso y no dan origen a planetas. Sin embargo, los astrónomos dicen que Fomalhaut, otra estrella cercana de edad y temperatura similar a Vega, muestra tres cinturones de escombros anidados, lo que indica que se deben estar formando planetas allí. Sin embargo, en Fomalhaut, la luz se limita al estrecho cinturón exterior de escombros, mientras que Vega tiene una distribución mucho más extendida. La diferencia sólo puede indicar una variedad de destinos para los discos en el mismo tipo de estrellas, algunas de las cuales no formarán planetas gigantes como Júpiter y Saturno.

Pero no nos aceleremos a sacar conclusiones definitivas. Aunque Fomalhaut tiene aproximadamente la misma distancia, edad y temperatura que Vega, esta es una estrella más fría. Esto hace que sea difícil concluir si la formación de planetas depende del entorno donde se formó la estrella o si la estrella misma es responsable de la diferencia.

En el futuro veremos más estudios centrados en este tipo de estrellas y aprenderemos más sobre lo que define la formación de los planetas y su distribución de tamaños.

Referencias:

[1] https://science.nasa.gov/missions/hubble/nasas-hubble-webb-probe-surprisingly-smooth-disk-around-vega/
[2] Auman, H.H. et al. 1984, ApJ, 278, L23
[3] https://www.spitzer.caltech.edu/news/ssc2013-02-nasa-esa-telescopes-find-evidence-for-asteroid-belt-around-vega
[4] Su, K. Y. L. et al. 2005, ApJ, 628, 487 https://arxiv.org/abs/astro-ph/0504086
[5] Marsh, K. A., et al 2006ApJ,646,L77-https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0606347
[6] Sibthorpe, B. et al 2010, A&A 518, L130
[7] Matrà, L. et al 2020, The Astrophysical Journal, 898:146