Imagine que quiere medir el tamaño de una habitación, pero está completamente oscuro. Si grita, puede saber si el espacio en el que se encuentra es relativamente grande o pequeño, dependiendo de cuánto tiempo se tarde en escuchar el eco después de él.rebota en la pared.
Los astrónomos usan este principio para estudiar objetos tan distantes que no pueden verse como más que puntos. En particular, los investigadores están interesados en calcular qué tan lejos están las estrellas jóvenes del borde interno de sus discos protoplanetarios circundantes. Estos discos de gasy el polvo son sitios donde se forman planetas en el transcurso de millones de años.
"Comprender los discos protoplanetarios puede ayudarnos a comprender algunos de los misterios sobre los exoplanetas, los planetas en los sistemas solares fuera del nuestro", dijo Huan Meng, investigador asociado postdoctoral en el Observatorio del Departamento de Astronomía y Steward de la Universidad de Arizona. "Queremossaber cómo se forman los planetas y por qué encontramos grandes planetas llamados 'Júpiter calientes' cerca de sus estrellas ".
Meng es el primer autor en un nuevo estudio publicado en el Revista astrofísica utilizando datos del telescopio espacial Spitzer de la NASA y cuatro telescopios terrestres para determinar la distancia desde una estrella hasta el borde interior de su disco protoplanetario circundante.
Hacer la medición no fue tan simple como colocar una regla encima de una fotografía. Hacerlo sería tan imposible como usar una foto satelital de la pantalla de su computadora para medir el ancho del período al final de esta oración.
En cambio, los investigadores utilizaron un método llamado "foto-reverberación", también conocido como "ecos de luz". Cuando la estrella central se ilumina, parte de la luz golpea el disco circundante, causando un "eco" retrasado. Los científicos midieron el tiempo quetomó la luz que venía directamente de la estrella para llegar a la Tierra, luego esperó a que llegara su eco.
Gracias a la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein, sabemos que la luz viaja a una velocidad constante. Para determinar una distancia dada, los astrónomos pueden multiplicar la velocidad de la luz por el tiempo que tarda la luz en llegar de un punto a otro.
Para aprovechar esta fórmula, los científicos necesitaban encontrar una estrella con emisión variable, es decir, una estrella que emitiera radiación de manera impredecible e irregular. Nuestro propio sol tiene una emisión bastante estable, pero una estrella variable tendríacambios únicos y detectables en la radiación que podrían usarse para captar los ecos de luz correspondientes. Las estrellas jóvenes, que tienen emisión variable, son los mejores candidatos.
La estrella utilizada en este estudio se llama YLW 16B, que se encuentra a unos 400 años luz de la Tierra. YLW 16B tiene aproximadamente la misma masa que nuestro sol, pero a un millón de años, es solo un bebé en comparación con nuestro 4.6-estrella de mil millones de años.
Los astrónomos combinaron datos de Spitzer con observaciones desde telescopios terrestres: el telescopio Mayall en el Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, los telescopios SOAR y SMARTS en Chile, y el telescopio Harold L. Johnson en México. Durante dos noches de observación, los investigadoresvio constantes retrasos de tiempo entre las emisiones estelares y sus ecos en el disco circundante. Los observatorios terrestres detectaron la luz infrarroja de longitud de onda más corta emitida directamente desde la estrella, y Spitzer observó la luz infrarroja de longitud de onda más larga del eco del disco.gruesas nubes interestelares que bloquean la vista desde la Tierra, los astrónomos no podían usar la luz visible para monitorear la estrella.
Luego, los investigadores calcularon qué tan lejos debe haber viajado esta luz durante ese lapso de tiempo: aproximadamente 0.08 unidades astronómicas, que es aproximadamente el 8 por ciento de la distancia entre la Tierra y su sol, o un cuarto del diámetro de la órbita de Mercurio. Esto era un poco más pequeñoque las estimaciones anteriores con técnicas indirectas, pero consistentes con las expectativas teóricas.
Aunque este método no midió directamente la altura del disco, los investigadores pudieron determinar que el borde interno es relativamente grueso.
Anteriormente, los astrónomos han utilizado la técnica de eco de luz para medir el tamaño de los discos de acreción de material alrededor de los agujeros negros supermasivos. Dado que no sale luz de un agujero negro, los investigadores comparan la luz del borde interno del disco de acreción con la luz del exteriorborde para determinar el tamaño del disco. Esta técnica también se utiliza para medir la distancia a otras características cercanas al disco de acreción, como el polvo y el gas que se mueve rápidamente.
Si bien los ecos de luz de los agujeros negros supermasivos representan demoras de días a semanas, los científicos midieron el eco de luz del disco protoplanetario en este estudio en solo 74 segundos.
El estudio de Spitzer marca la primera vez que se utilizó el método de eco de luz en el contexto de discos protoplanetarios. El enfoque se puede aplicar a otros sistemas de estrellas con discos formadores de planetas a su alrededor, señalaron los científicos.
"Conocer la posición exacta del límite interno de un disco protoplanetario es importante para cualquiera que quiera comprender la evolución del planeta", dice Meng.
La mayoría de las estrellas nacen con un disco protoplanetario a su alrededor, y los astrónomos han sabido durante mucho tiempo que existe una brecha entre la estrella y su disco debido a dos procesos competitivos: cerca de la estrella, su fuerte radiación ioniza las partículas de gas enel disco, desviándolos a lo largo de las líneas del campo magnético de la estrella por encima y por debajo del plano del disco. El otro mecanismo que impide que el disco llegue a la superficie de la estrella es el calor. Una vez que una partícula de polvo se acerca demasiado a la estrella,simplemente se vaporiza y cae sobre la estrella o sale volando del sistema.
"El predominante de esos dos mecanismos juega un papel importante en la evolución del disco, y en este momento, no sabemos cuál es", dice Meng.
Hasta ahora, los astrónomos usaban una técnica llamada interferometría para determinar la posición del borde interno de los discos protoplanetarios, pero ese método requiere suposiciones sobre la forma del disco, lo que resulta en resultados controvertidos.
"Nuestro método proporciona una medición completamente independiente de qué mecanismo juega el papel predominante ahora y en el futuro", dice Meng.
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Materiales proporcionados por Universidad de Arizona . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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