El Gran Telescopio Milimétrico explora el sistema planetario del Señor Spock

Épsilon Eridani es la estrella aislada similar al Sol más cercana a nuestro sistema planetario. Se trata de un objeto celeste con masa y temperatura superficial ligeramente menor que el Sol que se encuentra en la dirección de la constelación de Eridanus, a una distancia de poco mas de 10 años luz, es decir, la distancia que recorre la luz en 10 años a una velocidad de 300,000 kilómetros por segundo. Por su cercanía, su atractivo nombre, el hecho que es muy parecida al Sol y la posible presencia de hasta dos planetas orbitando a su alrededor, Épsilon Eridani no solo ha sido objeto de detallados estudios teóricos y observacionales, sino que se ha incluido en numerosas obras de ciencia ficción como la trilogía de La  Fundación, de Isaac Asi-mov, la estrella del planeta Reach en el videojuego HALO o la posible estrella madre del planeta Vulcano, donde nació el famoso Señor Spock del programa televisivo y cinematográfico Viaje a las Estrellas.

p-19Apuntando el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) hacia la estrella Épsilon Eridani y sus alrededores hemos captado las imágenes más profundas en longitudes de onda milimétricas jamás obtenidas en este campo con un telescopio de este tipo. El proyecto es una colaboración entre astrónomos de México, Australia, Estados Unidos, Reino Unido, Chile y España.

El GTM, situado a 4600 metros sobre el nivel de mar en la cima del volcán Sierra Negra, en el estado de Puebla, México, es una enorme antena de 50 metros de diámetro capaz de percibir la luz que emana de cuerpos celestes extremadamente fríos.

La imagen obtenida muestra con claridad el anillo de polvo y planetesimales que rodean a la estrella Épsilon Eridani e indica que el anillo circuestelar, análogo del Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar, se encuentra a una distancia de unos 10 mil millones de kilómetros de la estrella, más o menos el doble de la distancia entre Neptuno y el Sol. Las excelentes prestaciones de sensibilidad y resolución espacial del GTM y la asombrosa transparencia atmosférica en el sitio se conjuntan para distinguir que el anillo de polvo no presenta fluctuaciones significativas en su brillo y por tanto rebate la presencia de un planeta de las dimensiones de Neptuno orbitando a una distancia de aproximadamente 40 veces la distancia que separa a la Tierra del Sol.

En 1983 el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS, por sus siglas en inglés) descubrió en Épsilon Eridani y en otras tres estrellas, el hasta entonces desconocido exceso de luz infrarroja que, ahora se sabe, prevalece en aproximadamente el 20 por ciento de estrellas similares al Sol y aun en otras de más alta temperatura. Después de estudios detallados se verificó que se trataba de la presencia de algo similar a lo que los astrónomos llaman “polvo interestelar”, un material compuesto principalmente de carbono y silicio. El origen de este polvo no estaba claro. Si bien los procesos físicos asociados a la formación estelar involucran la presencia de un disco o anillo denso y masivo (de hasta 1 masa solar) de material alrededor de la estrella madre, se espera que en tiempos relativamente breves, de aproximadamente 10 millones de años, estos discos desaparezcan por efecto de la propia luz emitida por la estrella. Por este motivo se tuvieron que proponer mecanismos alternativos para explicar la presencia de estos discos en estrellas relativamente viejas. En la actualidad se acepta la teoría de que el polvo alrededor de estrellas maduras, como Épsilon Eridani de “apenas” 800 millones de años de edad, se forma a partir de colisiones entre planetesimales e inclusive de impactos a escalas planetarias a través de procesos como el que dio origen a nuestra Luna, es decir, el impacto de un planeta de las dimensiones de Marte con la Tierra recién formada.

Debido a las temperaturas extremadamente bajas del material que forma estos anillos, alrededor de 220 grados centígrados bajo cero, sólo pueden ser observados con telescopios con capacidad de colectar la luz infrarroja y (sub)milimétrica. En el caso particular de Épsilon Eridani las primeras observaciones en la ventana sub-milimétrica se llevaron a cabo en 1998 con la cámara llamada SCUBA en el Telescopio James Clerk Maxwell de Hawaii. En estos primeros estudios se encontró que el disco de polvo frío presentaba inhomogeneidades, las cuales fueron atribuidas a la presencia de un planeta de las dimensiones de Neptuno que perturba el material del anillo. Algunas observaciones posteriores con otros telescopios impugnaron este hallazgo, otras lo confirmaron. Este debate fue precisamente la principal motivación  de nuestras observaciones con el GTM; verificar o refutar la presencia de regiones de alta densidad en el polvo del disco y en consecuencia la presencia de un planeta gigante.

Las observaciones con el GTM se llevaron a cabo utilizando una cámara  muy sensible, AzTEC, capaz de detectar el polvo frío a longitudes de onda de 1.1 mm. En total se apuntó el telescopio durante más de 18 horas en la fuente, cuando las condiciones atmosféricas en el sitio del GTM, el volcán Sierra Negra (Puebla, Mexico) a 4600 metros sobre el nivel del mar, fueron excepcionales. El resultado fue un impresionante mapa en el cual se distingue nítidamente, y por primera vez, el anillo completo de polvo alrededor de la estrella. Esta imagen permitió constatar que, dentro de las incertidumbres de nuestras observaciones, el anillo de polvo no presenta irregularidades. Además se detectaron la emisión de la atmósfera de la estrella y la luz milimétrica proveniente de otro anillo muy cercano a la estrella, a una distancia de tres veces aquella que separa la Tierra del Sol, que es de 150 millones de kilómetros y que se denota como Unidad Astronómica (UA).

Con respecto al anillo de polvo frío las observaciones del GTM permitieron precisar algunos parámetros. El anillo presenta una inclinación de unos 30 grados con respecto al plano del cielo y su radio resultó ser de aproximadamente unas 65 UA, similar al Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar. De acuerdo con nuestra imagen, el anillo no puede ser más ancho de 35 UA. Otros dos aspectos que resaltan en nuestro estudio son la detección de emisión entre el anillo y la estrella que podría provenir de material “de paso” por esta región. Es muy probable que estemos atestiguando, por primera vez fuera del sistema solar, el transporte de polvo frío hacia regiones centrales a través del fenómeno denominado arrastre de Poynting-Roberston. Finalmente, el mapa obtenido muestra la presencia de numerosas fuentes en los alrededores del sistema de Épsilon Eridani. Muchas de ellas no habían sido detectadas anteriormente con ningún otro telescopio. Su naturaleza es aún desconocida, pero muy probablemente se trate de las llamadas Galaxias Sub-Milimétricas (SMG, por sus siglas en inglés), es decir, complejos y enormes sistemas estelares que solo se pueden detectar con telescopios como el GTM y que presentan una prominente formación de nuevas estrellas. Análisis preliminares indican que se podría tratar de galaxias mucho más grandes que nuestra galaxia, la Vía Láctea, situadas a más de 11 mil millones de años luz de nosotros. De verificarse nuestra predicción podríamos estar recibiendo en un mismo campo de observación los detalles de uno de los vecinos más cercanos a nuestro sistema, así como la luz de galaxias jóvenes cuando el Universo tenía apenas el 15 por ciento de su edad actual.

El trabajo se publicará en la prestigiosa revista británica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

 

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