Deshaciendo discos protoplanetarios.

Pequeñas estrellas deshacen discos formadores planetarios mediante un gran golpe de rayos X.
Ilustración del artista de una estrella barriendo su disco planetario.

Las estrellas jóvenes mucho menos masivas que el Sol pueden desatar un torrente de radiación de rayos X que puede acortar significativamente la vida útil de los discos formadores de planetas que rodean a estas estrellas. Este resultado proviene de un nuevo estudio de un grupo de estrellas cercanas utilizando datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y otros telescopios.

Los investigadores encontraron evidencia de que la radiación intensa de rayos X producida por algunas de las estrellas jóvenes en la asociación TW Hya (TWA), que en promedio está a unos 160 años luz de la Tierra, ha destruido los discos de polvo y gas que los rodea. Estos discos son donde se forman los planetas. Las estrellas tienen solo 8 millones de años, en comparación con la edad del Sol de 4.500 millones de años. Los astrónomos quieren aprender más sobre sistemas estelares tan jóvenes porque están en una edad crucial para el nacimiento y el desarrollo temprano de los planetas.

Otra diferencia clave entre el Sol y las estrellas en el estudio involucra su masa. Las estrellas del TWA en el nuevo estudio pesan entre aproximadamente una décima parte y la mitad de la masa del Sol y también emiten menos luz. Hasta ahora, no estaba claro si la radiación de rayos X de tales estrellas pequeñas y débiles podría afectar a sus discos de material formadores de planetas. Estos últimos hallazgos sugieren que la salida de rayos X de una estrella tenue puede jugar un papel crucial en la determinación del tiempo de supervivencia de su disco. Estos resultados significan que los astrónomos pueden tener que revisar las ideas actuales sobre el proceso de formación y las primeras vidas de los planetas alrededor de estas estrellas débiles.

XMM-Newton de ESA.

Utilizando datos de rayos X del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA, el observatorio XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y ROSAT (ROentgenSATellite), el equipo analizó la intensidad de los rayos X producidos por un grupo de estrellas en el TWA, junto con cuán comunes son sus discos de formación estelar. Dividieron las estrellas en dos grupos para hacer esta comparación. El primer grupo de estrellas tenía masas que oscilaban entre aproximadamente un tercio y la mitad del Sol. El segundo grupo contenía estrellas con masas de solo una décima parte del Sol, que incluía enanas marrones relativamente masivas, objetos que no tienen suficiente masa para generar reacciones nucleares autosostenibles en sus núcleos.

Los investigadores encontraron que, en relación con su producción total de energía, las estrellas más masivas en el primer grupo producen más rayos X que las menos masivas en el segundo. Para descubrir qué tan comunes eran los discos formadores de planetas en los grupos, el equipo utilizó datos del WISE de la NASA y, en algunos casos, espectroscopía terrestre obtenida anteriormente por otros equipos. Descubrieron que todas las estrellas del grupo más masivo ya habían perdido sus discos formadores de planetas, pero solo la mitad de las estrellas del grupo menos masivo habían perdido sus discos. Esto sugiere que los rayos X de las estrellas más masivas aceleran la desaparición de sus discos, al calentar el material del disco y hacer que se "evapore" en el espacio profundo.

En las ilustraciones se muestran un disco típico de estrellas y planetas de cada uno de estos dos grupos de estrellas. La ilustración de arriba muestra una de las estrellas de masa relativamente alta, que tiene una gran cantidad de bengalas y manchas. Este es un signo de su producción mejorada de rayos X, que está adelgazando y destruyendo los restos de su disco formador de planetas.

Otra ilustración (a continuación) muestra una de las estrellas de masa más baja y más débil. Debido a que no es tan activo en los rayos X, ha conservado un disco más grueso que representa un entorno más adecuado para formar planetas. El proceso de formación del planeta causaría lagunas, que no se muestran en esta ilustración, para que aparezcan en el disco. Las corrientes cerca del centro muestran cómo la materia del disco aún cae sobre la estrella. Estas ilustraciones, que no están a escala (las estrellas son en realidad minúsculas en comparación con los discos que las rodean) van acompañadas de una imagen de Chandra del sistema de estrellas binarias jóvenes que se incluyó en el nuevo estudio del TWA.

Ilustración de una estrella de baja masa con disco de formación planetaria.

En estudios anteriores, los astrónomos descubrieron que estrellas de 10 millones de años en la región de Upper Scorpius, otro grupo de formación de estrellas, mostraban una tendencia similar de un aumento en la vida útil de los discos para estrellas de menor masa. Sin embargo, el trabajo de Upper Scorpius no incorporó datos de rayos X que pudieran ofrecer una explicación para esta tendencia, que es una de las razones por las cuales este nuevo estudio del TWA de 8 millones de años es importante. Otra razón es que los modelos teóricos de la evolución de los discos formadores de planetas generalmente predicen que la duración de los discos debería depender muy poco de la masa de la estrella. Los nuevos resultados para las estrellas "insignificantes" de TWA apuntan a la necesidad de revisar los modelos de evolución del disco para tener en cuenta el alcance de los rayos X de las estrellas de muy baja masa.

El Chandra de la NASA.
En la búsqueda de planetas fuera de nuestro Sistema Solar, muchos astrónomos han centrado sus esfuerzos en observar estrellas menos masivas que el Sol, como las que se describen aquí. Tales estrellas pueden ofrecer algunos de los mejores objetivos para obtener imágenes directas de exoplanetas en la llamada zona habitable, el rango de distancia de estrella a planeta donde podría existir agua líquida y la vida podría florecer. Estas estrellas de baja masa también son objetivos atractivos porque son relativamente débiles y los planetas en sus zonas habitables deberían ser más fáciles de detectar e investigar.

Estos resultados aparecen en The Astronomical Journal y están disponibles en línea. Los autores de este trabajo son Joel Kastner (Instituto de Tecnología de Rochester), David Principe (Universidad Diego Portales, Chile), Kristina Punzi (RIT), Beate Stelzer (INAF Palermo, Italia), Uma Gorti (Instituto SETI), Ilaria Pascucci ( Universidad de Arizona) y Costanza Argiroffi (INAF). 

El Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misiones Científicas de la NASA en Washington. El Observatorio Astrofísico Smithsonian de Cambridge, Massachusetts, controla la ciencia y las operaciones de vuelo de Chandra.

Crédito:
Rayos X: NASA / CXC / RIT / J.Kastner et al;
Ilustración: NASA / CXC / M.Weiss.

• Publicado en Chandra el 13 de junio de 2016.