Los cinturones de Fomalhaut vistos por el James Webb

Por Daniel Marín, el 8 mayo, 2023. Categoría(s): Astronomía • Estrellas • NASA ✎ 67

La estrella Fomalhaut, también conocida como Alfa Piscis Austrini, es una estrella joven, de unos 440 millones de años, situada a unos 25 años luz del Sol. Su juventud y el exceso de radiación infrarroja que emite, detectada en los años 80 por el telescopio espacial IRAS, la convirtieron en un objetivo ideal para buscar planetas en formación. No en vano, este exceso de emisión infrarroja indica que la estrella está rodeada por polvo y pequeñas partículas como las que se hallan en un disco protoplanetario en el que están naciendo nuevos planetas. Por este motivo, fue observada por el telescopio espacial Hubble —primero en 2004 y luego cuatro años más tarde— y, como resultado, se anunció el descubrimiento de un anillo de material frío alrededor de la estrella, así como un joven planeta en formación, Fomalhaut b, situado muy lejos (a 115 Unidades Astronómicas, o sea unos 17300 millones de kilómetros). Estudios posteriores descartaron la presencia de Fomalhaut b, que resultó ser un espejismo, pero otros observatorios y satélites —Spitzer, ALMA y Herschel, etc.— también observaron el disco exterior, de dos mil millones de kilómetros de grosor.

Los discos de material alrededor de Fomalhaut. El más externo ya era conocido
(NASA, ESA, CSA, A. Gáspár (University of Arizona), A. Pagan (STScI)).

La naturaleza de este disco de material parece ser compatible con la presencia de planetesimales a gran distancia de la estrella, o sea, sería algo así como el equivalente al cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar. Aunque, recordemos, estamos hablando de una estrella joven donde los procesos de formación planetaria todavía están actuando. En todo caso, el estudio de Fomalhaut es fundamental para comprender cómo se forman los planetas en otras estrellas y, por tanto, era un objetivo prioritario para el telescopio espacial James Webb (JWST). Gracias al gran tamaño de su espejo principal, 6,5 metros, y a que observa en el infrarrojo cercano y medio, el JWST puede estudiar en detalle la estructura del disco de Fomalhaut. En concreto, el instrumento MIRI (Mid-Infrared Instrument), que opera en el infrarrojo medio, es capaz de captar el calor emitido por las partículas del disco y apreciar posibles estructuras.

Imagen del anillo externo de Fomalhaut tomada por el Hubble (NASA, ESA, STScI).
El cinturón externo de Fomalhaut visto por ALMA. Este radiotelescopio solo puede observar la radiación submilimétrica correspondiente a las partícuals más frías. (ALMA/NRAO).
El cinturón visto por el telescopio espacial europeo Herschel (ESA).

Como era de esperar, las imágenes del JWST son espectaculares y no han defraudado. Ya hemos mencionado que las observaciones anteriores del Hubble, Spitzer, Herschel y ALMA habían detectado un cinturón exterior con bordes definidos y una temperatura muy baja (unos 50 kelvin), así como una emisión interna difusa compatible con un disco de material a temperaturas más altas (150-170 kelvin), pero no se había detectado ninguna estructura. Sin embargo, con el JWST se puede ver que en realidad son tres los cinturones que rodean Fomalhaut hasta una distancia de 23 mil millones de kilómetros. El disco exterior es el que ya habíamos visto en imágenes del Hubble o de ALMA, pero es la primera vez que observamos los dos internos. El interno sería equivalente a nuestro cinturón de asteroides, aunque se extiende hasta una distancia mucho mayor.

Diferentes partes de los cinturones de Fomalhaut (András Gáspár et al.).

El misterioso disco intermedio muestra una extraña asimetría que, por el momento, no tiene explicación. Esta estructura es obviamente muy diferente a la que existe alrededor del Sol y surge la duda sobre si los cinturones de Fomalhaut son una anomalía en la Galaxia o, por el contrario, son algo normal. Sea como sea, ojo con llevar la analogía entre los cinturones del Sistema Solar y los de Fomalhaut demasiado lejos, porque no olvidemos que, por un lado, se trata de una estrella muy joven y, por otro, que las diferencias entre cometas y asteroides se basan en un gradiente de la proporción de volátiles y hielos presente en los pequeños cuerpos que no conocemos para el caso de Fomalhaut. Por otro lado, las observaciones del JWST confirman la presencia de la Gran Nube de Polvo, la estructura que el Hubble confundió en 2008 con un protoplaneta. No obstante, la existencia de huecos entre los cinturones de material pueden ser un indicativo de que hay otros planetas recién formados en el sistema que están «pastoreando» las partículas del disco.

Proyección del disco de Fomalhaut para evitar la distorsión de la inclinación. Se aprecia que el cinturón intermedio es asimétrico (András Gáspár et al.).

Lo que está claro es que los cinturones de Fomalhaut son muy diferentes a los que hallamos en nuestro Sistema Solar. Mientras nuestro cinturón de asteroides se extiende unos 180 millones de kilómetros hasta una distancia de unos 500 millones de kilómetros del Sol, el de Fomalhaut se extiende mucho más lejos (el límite interno, de existir, no es visible por el brillo de la estrella). El JWST observará próximamente Vega y Epsilon Eridani, otras estrellas con discos de material a su alrededor, por lo que pronto tendremos más ejemplos de cinturones de material para poder compararlos con nuestro Sistema Solar. Mientras tanto, ya podemos decir que hemos visto directamente cinturones de asteroides alrededor de otras estrellas

Referencias:

  • https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Webb/Webb_looks_for_Fomalhaut_s_asteroid_belt_and_finds_much_more
  • https://www.nature.com/articles/s41550-023-01962-6.epdf


67 Comentarios

  1. Siguen las alegrías del JWST con un excelente articulo de Daniel. Por cierto, Alfa Piscis Austrini es un nombre mucho más molón para una estrella que Fomalhaut. Basta imaginar a Picard dicendo rumbo a… y comparar.

    1. Increíble imagen me preguntó si estamos viendo el surgimiento de un nuevo sistema solar donde en un futuro distante pueda surgir la vida y otra motivo para arrepentirme de haber menospreciado a este telescopio espacial 😃

      1. Al menos reconoces haber menospreciado a una de las mayores herramientas para la investigación y conocimiento astronómico, otros ni sus errores reconocen, ni haber conducido una Renault Kangoo.

    2. A mi, al contrario, Fomalhaut me gusta mucho, suena a ciencia ficcion. Tal vez algun cuento o novela que me gusto mucho mencionaba esta estrella.

        1. Dice la wiki: El nombre Fomalhaut procede del árabe فم الحوت, fum al-ħūt, y significa «boca de ballena (o del pez)».
          La wiki inglesa dice también que eso es la traducción árabe de cómo describió Ptolomeo la estrella.
          Necesitamos un arqueo-astrónomo, pero tiene sentido siendo una estrella (la más brillante) de la constelación de Piscis.

  2. Llevo un buen rato con la boca abierta. 😲
    Ya las imágenes del disco tomadas por ALMA y Herschel me dejaron embobado en su momento, …. pero es que esto de hoy del Webb es brutal. Sin palabras.
    Hemos perdido la estética «Ojo de Sauron» de las imágenes del Hubble, pero personalmente me quedo mil veces con esta del Webb.
    Joder, es que parece que lo estamos viendo ahí, que lo podemos tocar con la mano.
    Estoy flipando.

          1. Atentos a la fecha de lanzamiento de la Shenzhou-16, por si coincide con la Axiom 2 y batimos récord (de 14 a 17 orbinautas). Veremos…

    1. Aunque fueran varios años luz se vería solo algo mejor.
      En las fórmulas de óptica reduces apreciablemente la distancia del objeto lejano al espejo o lente y su imagen no aumenta mucho.

      1. Me refería para poder verlo «de cara» como si fuera una diana. Ahora lo vemos con una orientación inclinada.
        Para poder verlo de cara tendríamos que lanzar un telescopio hasta que alcance el vector normal al plano de los discos de material. ¿Quién lo calcula? 😀

        1. Me parece que es un simple problema de geometría: basta con tomar la distancia a Fomalhaut (que sería la hipotenusa), tomar el ángulo que forma su perpendicular con nosotros (ángulo que desconozco) y calcular el cateto que lleva desde nuestro punto de vista hasta la perpendicular de Fomalhaut.

          No lo calculo yo porque, como ya he dicho, desconozco el ángulo.

          1. Para definir la orientación del disco necesitas dos ángulos, no?.
            https://en.wikipedia.org/wiki/Position_angle
            En el artículo creo que dan un valor para PA (Position Angle) de 336 grados y un valor de inclinación de 67.5º… pero a mí esto me explota la neurona, jajaja. Sobre todo porque olvidé todo lo relativo a coordenadas celestes y demás…
            Eso datos del anillo exterior, el interior no está enteramente alineado.

          2. Yo creo que con solo el ángulo de su eje perpendicular respecto de nuestra línea de visualización, basta. Luego calculas el triángulo rectángulo y te sale dónde anda el punto perpendicular para poder realizar la visualización (aunque más que un punto, sería una amplísima área de más de uno o dos años luz de diámetro… tampoco necesitas estar perfectamente perpendicular al sistema, jejeje).

    2. Calculo superficial:
      Estamos a 25al de Fomalhault y el disco debe estar inclinado unos 45 grados. 45 grados es 1/8 de circulo. La circunferencia total en torno a esa estrella es de 2*25*pi =160 al, y un octavo de eso son 20al.
      Nos conviene mas llegar hasta ella.

      1. Una sonda para explorar in situ y el telescopio para ver la panorámica, pero de cara al disco.
        Hummm, puede valer el cálculo a ojo.
        Se me ha olvidado decir que el telescopio tiene que estar a una distancia importante, para que tengamos una buena panorámica y admirarlo en su totalidad, claro. Pero si nos acercamos, acortamos distancia y la panorámica puede ser incluso mejor. Así que vale acercarse hasta los 15 años luz, por ejemplo.
        Ojo, el disco tiene dos lados.

        1. Bah, imagino que podríamos acercarnos mucho más y si hace falta liarte a hacer un buen mosaico del cielo con el telescopio, no he dicho nada.

  3. Tiene gracia llamar joven a un objeto de 440 millones de años, más viejo que el continente Pangea. En el calendario cósmico de Sagan todo cuanto conocemos ha ocurrido en 31 de diciembre. Cuando la Tierra se formó en septiembre el Universo ya era viejo. No hay leyes físicas que impidan que el Universo contenga civilizaciones de 6.000.000.000 de años de antigüedad.

    1. Una estrella de 400 millones de años se considera joven. La prueba es que todavía no ha limpiado bien estos discos de gas y polvo.

      1. @pochimax
        «La prueba es que todavía no ha limpiado bien estos discos de gas y polvo.»

        Una pregunta que tiro al aire viendo tu comentario ¿seria posible hacer astronomia visual en un sistema como ese?.

        1. Buena pregunta, no lo sé.
          Pero ten en cuenta que para ver esto el Webb integra durante 15 minutos por toma. Quizá eso lo haga aparentar más exagerado que si lo vieras a ojo desnudo desde la superficie de un planeta terrestre local…
          En todo caso, el polvo está distribuido en forma de disco y si un planeta de una civilización ha limpiado su órbita al menos es seguro que, salvo que observes hacia la eclíptica donde está el disco, deberías tener visión libre.
          También puede ser un gran espectáculo nocturno a simple vista. Los Fomahaultinos tendrán el doble espectáculo de la Vía Láctea y el de su disco, salvo que se superpongan, por las noches.

          1. @pochimax
            Gracias por tu respuesta, yo imagine por un momento algo como una luz zodiacal masiva o un super-gegenschein durante las noches, tambien pense que los «fomahaultinos» tendrian quizas problemas para usar el firmamento como guia, por lo menos los que vivan en las latitudes mas bajas de un hipotetico cuerpo planetario, no tendrian de paso durante el dia la luz de su estrella en toda su fuerza pues gran parte seria absorbida por el polvo interplanetario (quizas verian su sol de color rojo-naranja) sin contar que por la juventud de la estrella justo estaria sucediendo un escenario como el que presenta la paradoja del joven sol debil. Saludos.

    2. @Dios Apolo
      «No hay leyes físicas que impidan que el Universo contenga civilizaciones de 6.000.000.000 de años de antigüedad.»

      De 6 Giga-años de edad lo dudo, de hace 6 Giga-años si es posible, aunque imagino que el tema de la metalicidad en su estrella podria ser problematico para una civilizacion como la conocemos.

    3. @Dios Apolo
      «Tiene gracia llamar joven a un objeto de 440 millones de años, más viejo que el continente Pangea.»

      Hay calles, edificios y vias ferreas con material incluso mas viejo que esta estrella, el material de nuestros vehiculos y herramientas de hierro incluso son mas viejos, pues la enorme mayoria del hierro de uso industrial a nivel mundial proviene de depositos formados en la era Siderica, pues se formaron durante la Gran Oxigenacion hace 2500 millones de años. Por ejemplo algunos de los mayores productores de hierro en bruto lo extraen de minas con formaciones de hierro bandeado, en Brasil esta la formacion Carajas, en EEUU el grupo Animikie y en Australia el Hamersley Range, saludos.

  4. Si el criterio que permite fijar la antigüedad de la estrella Fomalhaut oscila de muy joven a vieja, cabe preguntarse si la fecha en la que se produjo el big-bang está bien ajustada. Si Fomalhaut es un astro viejo en vez de muy joven supondría retrasar en cientos de millones de años la explosión que dio origen al universo. Y la oscilación en la datación del comienzo del universo debilita la teoría del big-bang en beneficio de teorías alternativas.

    1. Actualmente siguen naciendo estrellas. Por tanto, son jóvenes.
      Fomalhaut es una estrella de tipo A, cuyo ciclo de vida es más rápido que otras estrellas, como por ejemplo la nuestra. Eso no quita que si la edad de Fomalhaut sea de esos 400 millones de años, la estrella es joven.

    2. @Trenchtown
      Se supone que las estrellas mas antiguas poseen mas hidrogeno que otros materiales de la tabla periodica, las estrellas mas antiguas son las hipoteticas estrellas de poblacion 3, se supone que estaban hechas casi todo de hidrogeno proveniente del Big Bang, eran enormes y tenian vidas muy cortas, ellas son las progenitoras de las otras poblacones de estrellas (2 y 1) y de materiales mas pesados que el hidrogeno.

        1. @JulioSpx
          No, sorpresivamente es asi tal cual, aunque ciertamente es contraintuitivo (Doctor 100tifiko Walter Baade lo prefirio asi XD).

          1. Perdon, lei Waade.
            Nota de color: de Baade se decia que era un peleador. Lo lei en una enciclopedia hace mucho.

          2. @JulioSpx
            «Nota de color: de Baade se decia que era un peleador. Lo lei en una enciclopedia hace mucho»
            Curiosamente las bios de el que pude leer rapidamente poco hablan de su vida fuera de lo astronomico, temo que sonara medio «boomer» pero estos detalles de antes se pierden incluso hoy en dia con todo lo informativa que es la internet, muy interesante dato, gracias.

  5. Obviamente la materia de los anillos o bien acabará en el propio cuerpo al que rodea o bien pasará a ser un satélite (si rodea un planeta)/planeta (si rodea una estrella). ¿No?

    1. Puede que sí o puede que no.

      Fomalhaut, como comenta Pochi ahí arriba, es una estrella joven tipo A, con vientos estelares bastante intensos.

      Puede que algún cuerpo acabe condensándose (seguramente algún tipo de joviano) o puede que el gas, el polvo y los fragmentos del disco acaben dispersándose según el viento estelar de la joven estrella arrecia (las estrellas aumentan luminosidad y viento solar según envejecen, aunque cada una a un ritmo distinto, claro, según tengo entendido… en el caso del Sol, aumenta un 1% su luminosidad cada 100 millones de años, pero desconozco cuánto aumenta su viento solar… obviamente Fomalhaut aumentará su luminosidad mucho más rápidamente que el Sol.

      También es probable que todo quede como varios cinturones de asteroides llenos de planetas menores…

      ¡¡A saber, oye!!

          1. Sí, claro… obviamente, cada masa gravitatoria, pequeña o grande, atraerá material de sus alrededores… la cuestión es qué tipo de objetos llegarán a formarse antes de que el viento estelar disipe todo eso.

      1. No sé si pueden seguir formándose planetas o ya está todo el pescado vendido hace ya tiempo (nunca mejor dicho lo del pescado).
        La estrella AU Microscopii tiene apenas 20 millones de años de edad y ya se le conocen dos planetas (que además transitan). Eso es muy rápido comparado con los 400 millones de años de edad de Fomalhaut
        https://en.wikipedia.org/wiki/AU_Microscopii
        Por cierto, los discos de AU Mic los vemos de perfil, a diferencia de estos de Fomalhaut. Ahí sí que necesitamos mandar bien lejos un telescopio para que nos los enseñe en toda su plenitud (verlos de cara)

  6. Esta observación se hizo el 22 de octubre de 2022 y se usó tanto el MIRI como NIRCam, aunque de momento sólo se han reportado datos del MIRI. Los del NIRCam están enfocados más bien a la búsqueda de exoplanetas así que lo mismo el Webb nos depara una sorpresa todavía más grande. Crucemos los dedos.

  7. La edad de Fomalhaut que ofrece Wikipedia difiere en 240 millones de años de la que escribe Daniel Marín. Otro dato que llama la atención es la disparidad de las características de Fomalhaut y la estrella a la que está ligada gravitacionalmente, un objeto llamado TW Piscis Austrini. Mientras que la primera es una estrella blanca de la secuencia principal de tipo espectral A4V, la segunda es una enana naranja de tipo espectral K4-5V. Sin embargo, Wikipedia atribuye a ambas estrellas la misma edad: 200 millones de años. Si las enanas naranjas pueden permanecer estables en la secuencia principal hasta 30 mil millones de años y las enanas amarillas como el sol tienen una vida de solo 10 mil millones de años ¿cómo se explica que TW Piscis Austrini sea una enana naranja teniendo 200 millones de años?

    1. a) Fomalhaut es un sistema triple, o eso se piensa. Además de la propia Fomalhaut está la que comentas y también muy probable LP 876-10
      b) Calcular la edad de las estrellas no es un asunto sencillo
      c) para temas de estrellas y exoplanetas, la wiki en castellano es un truño, está muy desactualizada. Mejor ir a la versión en inglés y pasarle el traductor. El valor que da Daniel es el más aceptado a día de hoy.
      d) Las estrellas nacen, crecen, tienen una vida adulta, envejecen, mueren… las estrellas naranjas también. Y las amarillas, las rojas, las blancas, las azules, etc. etc. etc. Hay estrellas jóvenes de cada tipo espectral.

    2. Pues se explica de forma sencillísima: se «acaban» (da igual 200 que 450 millones de años, eso es nada en tiempo cósmico) de formar juntas, aunque con distinta masa.

      Que una enana naranja pueda «vivir» 30.000 Ma, no significa que TODAS tengan esa edad. Unas se formaron antes, otras después y otras «nacerán» en el futuro. Así pues, NO HAY NADA EN ABSOLUTO extraño en que una enana roja/naranja/amarilla tenga 200 o 400 o 1.000 millones de años.

      Y, en cuanto a la edad de Fomalhaut, me fío bastante más de los datos aportados por Daniel (ASTROFÍSICO DE PROFESIÓN) que de Wikipedia, que aunque bastante correcta, tiene no obstante varios fallos.

  8. OT

    Por cierto, Daniel:

    ¿Son compañeros tuyos Jorge Sánchez Almeida y Mireia Montes, del IAC? Son los dos principales autores del estudio que parece descartar que lo que, a priori, era un agujero negro supermasivo a la deriva, dejando tras de sí un reguero de estrellas (de tamaño galáctico), es en realidad una gran galaxia sin bulbo central, vista de canto.

    https://www.20minutos.es/noticia/5126402/0/ciencia-astronomia-lo-que-se-creia-un-agujero-negro-supermasivo-a-la-fuga-es-una-galaxia-bulbo-vista-de-canto/

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Por Daniel Marín, publicado el 8 mayo, 2023
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