Estrellas distantes, polvo de diamante y una misteriosa luz de microondas

Las brillantes estrellas recién nacidas como el sol nacen rodeadas por un disco giratorio de gas y polvo que los astrónomos llaman discos de acreción protoplanetarios, y estos discos circundantes contienen los ingredientes preciosos de los que finalmente emerge la familia de planetas y otros objetos de la estrella bebé. De hecho, un disco de acreción protoplanetario puede pensarse como un disco de acreción para la propia estrella bebé, porque los gases y otros materiales pueden caer desde el borde interior del disco hacia la superficie de la joven estrella hambrienta. Durante décadas, los astrónomos han estado tratando de descubrir la fuente de un misterioso tipo de tenue luz de microondas que fluye desde varias regiones de nuestra Vía Láctea. Estas extrañas emisiones de luz de microondas, llamadas emisión anómala de microondas (AME) emanan de la energía liberada al girar rápidamente nanopartículas, que son pequeños fragmentos de materia que son tan pequeños que no pueden ser detectados por microscopios ordinarios. En junio de 2018, un equipo de astrónomos anunció sus hallazgos de que algunos de los diamantes más pequeños del Cosmos (pedacitos de carbono cristalino cientos de miles de veces más pequeños que un grano de arena) se han detectado girando alrededor de un trío de sistemas estelares recién nacidos. en nuestra Galaxia. Estas piedras preciosas microscópicas no son ni tan preciosas ni tan raras como los diamantes en la Tierra. Sin embargo, son un tesoro para los astrónomos que los identificaron como la fuente del misterioso «brillo» cósmico de microondas que emana de varios discos de acreción protoplanetarios en nuestra Galaxia.

Para tener una idea de cuán diminutas son las nanopartículas, el período en una página impresa promedio es de aproximadamente 500,000 nanómetros de ancho.

«Aunque sabemos que algún tipo de partícula es responsable de esta luz de microondas, su fuente precisa ha sido un misterio desde que se detectó por primera vez hace casi 20 años», explicó la Dra. Jane Greaves en un comunicado del 11 de junio de 2018. Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank. El Dr. Greaves es astrónomo de la Universidad de Cardiff en Gales y autor principal de un artículo que anuncia este resultado publicado en Astronomía de la naturaleza. Él Telescopio Robert C. Byrd Green Bank está ubicado en Green Bank, West Virginia, y es el radiotelescopio completamente orientable más grande del mundo. El sitio de Green Bank era parte de la Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) hasta el 30 de septiembre de 2018.

Hasta este estudio, los astrónomos consideraban hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ser el culpable más probable detrás de esta misteriosa emisión de microondas. HAP representan una clase de moléculas a base de carbono que se encuentran en todo el espacio entre las estrellas. Estas moléculas se pueden identificar por la luz infrarroja (IR) distintiva, pero tenue, que envían al espacio. nanodiamantes–especialmente los nanodiamantes hidrogenados (aquellos ricamente dotados de moléculas portadoras de hidrógeno en sus superficies)–también emiten naturalmente en la porción infrarroja del espectro electromagnético, pero en una longitud de onda diferente.

Remolino, Remolino Discos de acreción protoplanetarios

Estrellas bebés, llamadas protoestrellasnacen principalmente dentro de los pliegues secretos y encrespados de uno de los numerosos gigantes, fríos y oscuros nubes moleculares que rondan nuestra Vía Láctea como encantadores fantasmas. Estas enormes y gélidas nubes están compuestas principalmente de hidrógeno molecular. Cuando una gota acunada dentro de un nube molecular logra alcanzar un tamaño, masa o densidad críticos, comienza a colapsar bajo su propia gravedad poderosa. A medida que la gota colapsada, llamada nebulosa solarse vuelve más y más denso bajo la implacable atracción de la gravedad, los movimientos aleatorios de gas, que originalmente estaban presentes en la nube natal, comienzan a promediarse a favor de la dirección de la nebulosa solar momento angular. La conservación del momento angular hace que la rotación aumente mientras que, al mismo tiempo, el radio del nebulosa disminuye Esto hace que la nube se aplane en forma de panqueque. Imagine la forma en que una bola de masa de pizza se aplana y luego toma la forma de un disco. El colapso inicial tarda unos 100.000 años. Una vez transcurrido ese tiempo, la estrella alcanza una temperatura superficial similar a la de un Secuencia principal (que quema hidrógeno) de la misma masa, y ahora es visible.

Así es como una estrella bebé parecida al sol se convierte en un tipo de niño estelar llamado T Tauri. Lo que queda del gas y el polvo de la nube natal, después de que se haya formado en el centro de una burbuja densa, se destina a la formación de la disco de acreción protoplanetario de donde emergen planetas, lunas y objetos más pequeños. En sus primeras etapasdiscos de acreción son abrasadores y extremadamente masivos, y pueden permanecer alrededor de su joven estrella hasta diez millones de años antes de desaparecer, tal vez arrastrados por la feroz Tauri viento o, alternativamente, simplemente dejar de emitir radiación después de que haya terminado la acumulación. el mas antiguo disco protoplanetario conocida tiene unos 25 millones de años.

Discos de acreción protoplanetarios han sido descubiertos dando vueltas a varias estrellas jóvenes en nuestra Vía Láctea. Observaciones recientes realizadas por el Telescopio espacial Hubble (HST) haber desvelado Proplyds y discos planetarios formándose dentro de la Nebulosa de Orión. UN Proplyd es una abreviatura silábica de un disco protoplanetario ionizado. Proplyds son discos fotoevaporadores iluminados externamente que giran alrededor de estrellas jóvenes. hay 180 Proplyds habitando solo la Nebulosa de Orión.

discos protoplanetarios son estructuras delgadas, que tienen una altura vertical típica considerablemente más pequeña que el radio, así como una masa típica mucho más pequeña que la estrella joven central.

La masa de un típico disco protoplanetario se compone principalmente de gas. Sin embargo, las motas de polvo también juegan un papel protagónico en un disco evolución. Las motas de polvo protegen el plano medio del disco de la radiación energética procedente del espacio interestelar que forma una «zona muerta» en la que el inestabilidad magnetorrotacional (IRM) ya no opera.

Algunos astrónomos proponen que estos discos están formados por una envoltura turbulenta de plasma. Esto también se denomina «zona activa», que contiene una extensa región de gas inactivo (la «zona muerta»). La «zona muerta» está situada en el plano medio y puede ralentizar la corriente de materia a través del disco, lo que impide alcanzar un estado estable.

Espumoso Tauri Los pequeños estelares lucen grandes diámetros que son varias veces mayores que los de nuestro Sol. Sin embargo, todavía se están reduciendo. A diferencia de los niños humanos, T Tauris encogen a medida que crecen. En el momento en que el niño estelar ha alcanzado esta etapa de desarrollo temprano, los materiales menos volátiles han comenzado a condensarse cerca del centro del disco circundante, creando granos de polvo muy finos y pegajosos. Las delicadas motas de polvo contienen silicatos cristalinos.

Los pequeños y pegajosos granos de polvo chocan entre sí y luego se fusionan dentro de la densa disco de acreción protoplanetario medioambiente. Como resultado, cada vez más grande, y más grande, y más grande se forman los objetos, desde el tamaño de un guijarro hasta el tamaño de una roca, el tamaño de una montaña, el tamaño de la luna y el tamaño de un planeta. Estos objetos en crecimiento eventualmente se convierten en lo que se denomina planetesimales–los bloques de construcción primordiales de los planetas. planetesimales pueden alcanzar tamaños impresionantes de 1 kilómetro de ancho, o incluso más grandes, y representan una enorme población dentro de un joven disco de acreción, girando alrededor de su brillante niño estelar. También pueden permanecer alrededor de su estrella el tiempo suficiente para que algunos de ellos todavía estén presentes miles de millones de años después de que haya surgido un sistema planetario maduro. En nuestro Sistema Solar, los asteroides son la reliquia rocosa y metálica planetesimales que entró en la formación del cuarteto de planetas principales internos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. En contraste, los cometas son los restos helados y polvorientos de los helados planetesimales eso contribuyó a la aparición de los cuatro planetas gigantes gaseosos principales de las regiones exteriores de nuestro Sistema Solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Se cree que algunas de las muchas lunas de Júpiter, Saturno y Urano se formaron a partir de análogos circunplanetarios más pequeños del protoplanetario discos de acreción. Decenas de millones de años después del nacimiento de nuestro Sistema Solar de 4.560 millones de años, los pocos interiores unidades astronómicas (UA) de nuestro Sistema Solar probablemente albergaba docenas de cuerpos del tamaño de la luna a Marte que se acumulaban y consolidaban en el cuarteto de cuerpos sólidos internos planetas terrestres. Uno Australia es equivalente a la separación promedio entre la Tierra y el Sol, que es de aproximadamente 93,000,000 millas.

Se cree que la Luna grande y hechizante de la Tierra nació después de una explosión del tamaño de Marte. protoplaneta, llamado Teiaimpactó oblicuamente el proto-Tierra unos 30 millones de años después de la formación de nuestro Sistema Solar. Imagine lo que sucedería si Marte impactara contra la Tierra, para comprender la magnitud del evento catastrófico que probablemente formó el compañero lunar de la Tierra.

AME En el cielo con diamantes

Una serie de observaciones realizadas por astrónomos utilizando el de la Fundación Nacional de Ciencias Telescopio de banco verde (GBT) en Green Bank, West Virginia, y el Conjunto compacto de telescopios de Australia (ATCA) haber–por primera vez–detectado un trío de fuentes claras de la misteriosa AME luz: la discos protoplanetarios que rodea a las jóvenes estrellas conocidas como V892 Tau, HD 97048, y CMM 297. Él GBT Visto V892 Tau y el ATCA observó los otros dos sistemas.

«Esta es la primera detección clara de emisión anómala de microondas procedente de discos protoplanetarios», explicó el Dr. David Frayer en un 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank. El Dr. Frayer es coautor del artículo y astrónomo del Observatorio de Banco Verde.

El equipo de astrónomos también explicó que la luz infrarroja que sale de estos sistemas coincide con la firma única de los nanodiamantes. Otro discos de acreción protoplanetarios en toda la Galaxia, sin embargo, tienen la clara firma infrarroja de HAP pero no muestran signos de la AME luz.

Esta observación indica fuertemente que HAP no son la fuente misteriosa de radiación anómala de microondas, como muchos astrónomos habían propuesto previamente. En cambio, los nanodiamantes hidrogenados, que se forman naturalmente dentro discos protoplanetarios y se ven en meteoritos en la Tierra son el origen más probable de AME luz en nuestra Galaxia.

«En un método similar al de Sherlock Holmes para eliminar todas las demás causas, podemos decir con confianza que el mejor candidato capaz de producir este brillo de microondas es la presencia de nanodiamantes alrededor de estas estrellas recién formadas», comentó el Dr. Greaves en el 11 de junio de 2018. Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank. Con base en sus observaciones, los astrónomos estiman que entre el 1 y el 2 por ciento del carbono total en estos discos protoplanetarios ha contribuido a la formación de nanodiamantes.

En las últimas décadas, la evidencia de nanodiamantes dentro discos de acreción protoplanetarios ha crecido. Sin embargo, este estudio representa la primera conexión clara entre los nanodiamantes y AME en cualquier entorno.

Los modelos estadísticos también sugieren fuertemente la teoría de que los nanodiamantes son muy abundantes alrededor de las estrellas recién nacidas y son responsables de la emisión anómala de microondas detectado allí. «Hay una posibilidad entre 10 000, o menos, de que esta conexión se deba al azar», comentó el Dr. Frayer en la publicación del 11 de junio de 2018. Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank.

Para su estudio, los astrónomos utilizaron el GBT y ATCA para inspeccionar 14 estrellas jóvenes en toda nuestra Galaxia, en busca de indicios de la emisión anómala de microondas. AME se observó claramente en 3 de las 14 estrellas, que también resultaron ser las únicas tres estrellas de las 14 que muestran la firma espectral IR de nanodiamantes hidrogenados. «De hecho, son tan raras que ninguna otra estrella tiene la huella infrarroja confirmada», comentó el Dr. Greaves en el Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank.

Este descubrimiento tiene algunas implicaciones intrigantes para el estudio de la cosmología y la búsqueda de evidencia de que nuestro Universo comenzó con un período de inflación–la expansión exponencial del espacio más rápida que la velocidad de la luz. Aunque no se conoce ninguna señal que pueda viajar más rápido que la luz en el vacío, el propio espacio puede superar este otro límite universal de velocidad. Si, de hecho, inmediatamente después del nacimiento del Big Bang del Universo hace casi 14 mil millones de años, se expandió a un ritmo que superó con creces la velocidad de la luz, un rastro de ese período de inflación debe observarse en una peculiar polarización de la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Él CMB es la radiación reliquia del propio Big Bang. Aunque esta firma de polarización aún no se ha observado de manera concluyente, el trabajo de la Dra. Greaves y sus colegas brinda alguna esperanza de que algún día pueda serlo.

«Esta es una buena noticia para quienes estudian la polarización del fondo cósmico de microondas, ya que los nanodiamantes giratorios estarían débilmente polarizados en el mejor de los casos. Esto significa que los astrónomos ahora pueden hacer mejores modelos de la luz de microondas de primer plano de nuestra galaxia, que debe eliminarse para estudiar el resplandor distante del Big Bang», explicó el Dr. Brian Mason en la publicación del 11 de junio de 2018. Comunicado de prensa del Observatorio Green Bank. El Dr. Mason es astrónomo en el NRAO y coautor del artículo.

Los nanodiamantes probablemente se forman a partir de un vapor sobrecalentado de átomos de carbono en regiones de nacimiento de estrellas altamente energizadas. Esto es similar a los métodos industriales para crear nanodiamantes en la Tierra.

En astronomía, los nanodiamantes juegan un papel especial porque su estructura produce lo que se llama un «momento dipolar». Esta es una disposición de átomos que les permite emitir radiación electromagnética cuando giran. Debido a que estos diamantes son tan pequeños, más pequeños que las motas de polvo normales que se arremolinan dentro de un disco de acreción protoplanetario–pueden girar excepcionalmente rápido y emitir radiación en el rango de microondas en lugar del rango de longitud de onda de un metro, donde la radiación galáctica e intergaláctica probablemente la ahogaría.

«Esta es una resolución genial e inesperada del enigma de la radiación de microondas anómala. Es aún más interesante que se haya obtenido observando discos protoplanetariosarrojando luz sobre la característica química de los primeros sistemas solares, incluido el nuestro», comentó el Dr. Greaves a la prensa el 11 de junio de 2018.

Futuros instrumentos de ondas centimétricas, como el planeado Banda 1 receptores encendidos ALMA y el Arreglo muy grande de próxima generación, podrá estudiar este fenómeno con mucho más detalle. Ahora que existe un modelo físico y, por primera vez, una firma espectral clara, los astrónomos pueden esperar una gran mejora en su comprensión científica de este misterio.

La coautora del estudio, la Dra. Anna Scaife de la Universidad de Manchester (Reino Unido), comentó el 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Banco Verde que «Es un resultado emocionante. No es frecuente que te encuentres poniendo nuevas palabras a melodías famosas, pero ‘AME en el cielo con diamantes’ parece una forma reflexiva de resumir nuestra investigación».

¿Que te ha parecido?

Deja un comentario