La observación de ALMA de una estrella joven revela detalles de los granos de polvo         

Por: Jill Malusky, NRAO.

16 de noviembre de 2023

Anillos de polvo que rodean a HL Tauri, con patrones de líneas que muestran la orientación de la luz polarizada. Crédito de la imagen: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton/Stephens et al.

Uno de los principales objetivos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) es estudiar la formación y evolución de los sistemas planetarios. Las estrellas jóvenes suelen estar rodeadas por un disco de gas y polvo, a partir del cual se pueden formar planetas. Como parte del esfuerzo de investigación del ALMA, una de las primeras imágenes de alta resolución que capturó fue de HL Tauri, una estrella joven a sólo 480 años luz de distancia rodeada por un disco protoplanetario.

El disco tiene espacios visibles que podrían ser el lugar donde se están formando protoplanetas jóvenes. La formación planetaria es un proceso complejo que aún no se comprende del todo, dejando algunas preguntas sin resolver para la comunidad astronómica. Durante este proceso de formación planetaria, los granos de polvo en el disco aumentan de tamaño a medida que chocan y se adhieren entre sí, lo que hace que crezcan lentamente hasta convertirse potencialmente en objetos similares a los de nuestro Sistema Solar.

Una de las formas de estudiar los granos de polvo en estas estructuras complejas es observar la orientación de las ondas de luz que emiten, lo que se conoce como polarización. Estudios anteriores de HL Tauri han mapeado esta polarización, pero un nuevo estudio de Ian Stephens y sus colegas ha capturado una imagen de polarización de HL Tauri con un detalle sin precedentes. La imagen resultante se basa en 10 veces más mediciones de polarización que las de cualquier otro disco y 100 veces más mediciones que la mayoría de los discos. Es, con diferencia, la imagen de polarización más profunda de cualquier disco capturada hasta ahora, según una investigación publicada el 15 de noviembre en Nature.

La imagen fue capturada con una resolución de 5 AU, que es aproximadamente la distancia entre el Sol y Júpiter. Las observaciones de polarización anteriores tuvieron una resolución mucho menor y no revelaron los patrones sutiles de polarización dentro del disco. Por ejemplo, el equipo descubrió que la cantidad de luz polarizada era mayor en un lado del disco que en el otro, lo que probablemente se debe a asimetrías en la distribución de los granos de polvo o sus propiedades en todo el disco.

Los granos de polvo no suelen ser esféricos, pueden ser achatados o alargados. Cuando la luz es emitida o dispersada por estos granos de polvo, puede polarizarse, lo que significa que las ondas de luz se orientan en una dirección particular en lugar de simplemente al azar. Estos nuevos resultados sugieren que los granos se comportan más como granos alargados e imponen fuertes restricciones a la forma y el tamaño de los granos de polvo dentro del disco.

Un resultado sorprendente del estudio es que hay más polarización dentro de los espacios del disco que en los anillos, a pesar de que hay más polvo en los anillos. La polarización dentro de los espacios es más azimutal, lo que sugiere que la polarización proviene de granos de polvo alineados dentro de los espacios. La polarización de los anillos es más uniforme, lo que sugiere que la polarización proviene en gran medida de la dispersión.

En general, la polarización proviene de una mezcla de dispersión y alineación del polvo. Según los datos, no está claro qué está causando que los granos de polvo se alineen, pero probablemente no estén alineados a lo largo del campo magnético del disco, como es el caso de la mayoría del polvo fuera de los discos protoplanetarios. Actualmente, se cree que los granos están alineados mecánicamente, quizás por su propia aerodinámica, mientras giran alrededor de la joven estrella central.

¿Qué revelarán a continuación los estudios de HL Tau? Esta nueva publicación deja claro que se necesita alta resolución para que las observaciones de polarización conozcan los detalles de los granos de polvo. ALMA, el telescopio milimétrico/submilimétrico más potente del mundo, será un instrumento fundamental para continuar esta investigación.

Fuente:

https://phys.org/news/2023-11-alma-young-star-reveals-grains.html