ALMA, Fomalhaut, Exoplanetas y Centarurus A

 El proyecto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimiter Array) es una instalación astronómica de gran  envergadura, por cuanto una vez terminado, se tiene previsto que dispondrá de 66 antenas de última generación. Fusiona tres grandes proyectos: El Millimeter Array (MMA) de los Estados Unidos de Norteamérica, el Large Southerm Array  (LSA) de Europa , el Large Millimeter de Asia del este y la cooperación del Gobierno de Chile.

Esta ubicado en una superficie de10 Km. por 10 Km.,  en el valle  de Chajnantor, meseta  ubicada a 55 km. al este de San Pedro de Atacama (II Región) en el norte de Chile, a 5.000 metrosde altura.  Su ubicación lo hace750 metrosmás elevado que Mauna Kea y2.300 metrosmás elevado que Cerro Paranal.

Fotografía del transporte de una antena del proyecto ALMA, en el valle de Chajnantor – Chile – Crédito: ALMA

ALMA transformará la investigación de la física del Universo frío en regiones que son oscuras a la luz visible pero que brillan intensamente en la porción milimétrica del espectro electromagnético, abriendo así una ventana hacia los orígenes del cosmos: investigará las primeras estrellas y galaxias como también obtendrá imágenes directas de la formación de los planetas.

Sus sistemas de recepción cubrirán por completo el espectro electromagnético observable desde la superficie dela Tierradesde0.3 a9.6 milímetrosde longitud de onda, utilizando la transparencia de la atmósfera en un sitio a gran altura y de ambiente seco, entregando una sensibilidad y resolución sin precedentes. El conjunto de antenas transportables,  de12 metrosde diámetro cada una, tendrá  líneas base reconfigurables, que irán desde150 metroshasta18 kilómetros; la resolución será tan fina que alcanzará0.005”en sus más altas frecuencias, 10 veces mejor que el Telescopio Espacial Hubble (TEH). En el corazón del sistema de receptores existen sensibles mezcladores de junturas superconductoras de efecto túnel, sistema electrónico receptor de superconductores más extenso del mundo y que operará solo a 4° Kelvin  (-269 ° C).

Su operación, es controlada por el Observatorio Europeo Austral (ESO).

 

Anillo de polvo alrededor de la estrella Fomalhaut visto por ALMA.

Crédito de la imagen: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Imagen en luz visible: Crédito Telescopio Espacial Hubble (NASA/ESA)

En abril del presente año, el Observatorio Espacial Herschel dela ESA, estudió el cinturón de polvo que se observa alrededor de la estrella Fomalhaut – también llamadaLa Solitaria– joven estrella de 1,2 magnitud que está ubicada enla Constelacióndel Pez Austral – Piscis Austrinus – a 25 años luz dela Tierra, la cual es dos veces más masiva que el Sol y catorce veces más luminosa.

Este cinturón de polvo, descubierto en  la década de 1980 por el satélite IRAS parece que viene de las colisiones que destruyen miles de cometas de hielo cada día.  La nueva tecnología incorporada en el observatorio Espacial Herschel mostró más detalles en la longitud de onda del infrarrojo lejano.

Su análisis permitió establecer que las temperaturas están entre los-230ºCy-170ºCsin embargo, como Fomalhaut está un poco fuera del centro y más cerca del lado sur de la cinta, este lado es más cálido y brillante que el del norte.

Tanto la estreches y la simetría de la banda, hace creer que se debe a la gravedad de un eventual planeta en órbita alrededor de la estrella, tal como han sugerido anteriores imágenes del telescopio Espacial Hubble.

Los datos obtenidos por el Herschel, muestran que el polvo del cinturón tiene las propiedades térmicas de pequeñas partículas sólidas, con tamaños del ancho de sólo unas pocas millonésimas de metro.

Paralelamente, el mismo mes de abril, los astrónomos que utilizan las primeras antenas en funcionamiento del proyecto ALMA, informaron la existencia real de dos planetas orbitando alrededor de la estrella Fomalhaut, pero que son más pequeños que lo que se estimaba originalmente.

Este fue el primer resultado científico publicado por ALMA, en su primer período de observaciones abiertas para los astrónomos de todo el mundo.

El descubrimiento fue posible, gracias a las nítidas  y excepcionales imágenes logradas por ALMA, del disco o anillo de polvo que orbita a Fomalhaut, observación que ha permitido ayudar a resolver la controversia entre los observadores anteriores del sistema.

Las imágenes de ALMA muestran que tanto los bordes interior como exterior del disco delgado y polvoriento, tiene bordes muy afilados, hecho que combinado con simulaciones por ordenador, ha conducido a los científicos a concluir, que las partículas de polvo del disco, se mantienen  en el disco por efecto gravitacional de dos planetas, uno más cerca de la estrella que del disco y el otro más distante.

Las primeras observaciones del efecto por el cual los planetas o lunas hacen que el anillo de polvo tenga bordes tan definidos, fue obtenida porla Sonda VOYAGER, la cual voló sobre Saturno y tomó imágenes muy detalladas de su sistema de anillos. Otro ejemplo lo encontramos en uno de los anillos del planeta Urano, el cual permanece perfectamente confinado entre las lunas Cordelia y Ofelia, de igual modo en que los observadores, que han utilizado ALMA, proponen que ocurre con el anillo que hay en torno a Fomalhaut.

 

Planetas guiando material a través de un estrecho anillo alrededor de Fomalhaut. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) B.Saxton

Los satélites que hacen que el anillo alrededor del planeta quede definido de ese modo, son apodadas “lunas pastores”. Los efectos gravitacionales ejercidos por las lunas o planetas son los que hacen que el anillo de polvo quede delimitado.

Un planeta en la parte interior del anillo orbita la estrella más rápido que las partículas de polvo del interior del anillo. Su gravedad añade energía a las partículas, empujándolas hacia el exterior. Un planeta en la parte exterior del anillo se mueve más despacio que las partículas de polvo, y su gravedad hace que disminuya la energía de las partículas, haciendo que estas caigan ligeramente hacia el interior.

Los cálculos obtenidos por la investigación de ALMA, indican también el probable tamaño de los planetas, más grande que Marte, pero no más grande que un par de veces el tamaño dela Tierra.Muchomás pequeños que como los astrónomos habían pensado previamente.

Ya en 2008, la imagen obtenida por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA, había revelado solo el planeta interior, que se pensaba, en ése momento, era más grande que Saturno, sin embargo, posteriores observaciones con telescopios  infrarrojos no pudieron detectar el planeta. Esta situación hizo dudar a algunos astrónomos de la existencia del planeta en la imagen del Hubble. Las observaciones de ALMA, en longitudes de onda más largas que las de la luz visible, definieron el tamaño de  los grandes granos de polvo en alrededor de1 milímetrode diámetro lo que permitió revelar en forma clara los bordes afilados del disco y la estructura del anillo que indicaba el efecto gravitatorio de dos planetas.

El trabajo de investigación  efectuado por los astrónomos con ALMA, muestra que el ancho del anillo es aproximadamente diez y seis veces la distancia del Sol ala Tierray con modelos de computadoras sólo una séptima parte del grosor de su ancho en la forma del anillo. El anillo está a 140 veces la distancia Sol-Tierra de la estrella. La combinación de observaciones de ALMA de la forma del anillo con modelos computacionales, pone límites estrictos a la masa y la órbita de cualquier planeta cercano al anillo, por consiguiente, las masas de estos planetas deben ser pequeñas porque de lo contrario, los planetas podrían destruir el anillo.

Si este descubrimiento fue logrado sólo con una cuarta parte de las antenas, cuando se complete la construcción, ALMA pasará a ser el telescopio más potente de su clase y podrá ser capaz de mayores logros al ser suficientemente poderoso como para señalar la estructura reveladora que se habían eludido en anteriores observaciones en ondas milimétricas.

Galaxia Centaurus A vista por ALMA Crédito: ESO/ALMA –mayo 2012

ALMA no solamente ha estudiado exoplanetas alrededor de Fomalhaut, a fines de mayo recién pasado, mostró nuevas imágenes de la Galaxia Centaurus A  ubicada enla Constelación del Centaurus, en un rango de verdes, amarillos y anaranjados que revelan la posición y el movimiento de las nubes de gas de la galaxia. Estas han sido las observaciones más precisas y de mayor sensibilidad realizadas  hasta el momento desde que ALMA fue puesto a punto para detectar señales en una longitud de onda de alrededor de1,3 milímetros emitidas por las moléculas del gas de monóxido de carbono. El movimiento del gas en la galaxia causa pequeños cambios en esta longitud de onda debido al efecto Doppler. En la imagen se puede apreciar que las marcas de verde más intenso a la izquierda  del centro, muestran el gas que viene hacia nosotros, mientras que las anaranjadas situadas a la derecha del centro enseñan el gas que se aleja de nosotros, lo que indica que el gas orbita alrededor de la galaxia.

Las observaciones de ALMA están superpuestas a un imagen de Centaurus A obtenida en el infrarrojo cercano por el instrumento SOFI, instalado en el telescopio de ESO New Technology Telescope (NTT). Se pueden ver claramente un anillo de estrellas y cúmulos brillantes en un tono dorado, restos dispersos de la galaxia espiral que están siendo desmantelados  por la fuerza gravitacional de la galaxia elíptica gigante. La imagen así obtenida, fue procesada utilizando una innovadora técnica que elimina el efecto de emisión producido por el polvo.

El alineamiento entre el anillo de estrellas detectados por el NTT en luz infrarroja y el gas visto por ALMA en longitudes milimétricas, destaca diferentes aspectos de estructuras similares en la galaxia; es un ejemplo de cómo las observaciones con otros telescopios pueden complementarse con las nuevas observaciones de ALMA.

El proyecto ALMA tiene muchos objetivos, entre ellos podemos mencionar el producir imágenes detalladas de la formación de galaxias, estrellas y planetas, tanto en el continuo como en líneas de emisión de moléculas interestelares; obtener imágenes de estrellas y planetas en proceso de formación en nubes de gas cercanas a nuestra posición enla VíaLácteay observar galaxias en etapas de formación en el límite del universo, las que se verán como eran hace unos 10 mil millones de años; revelar la cinemática de núcleos galácticos y cuásares en escala menores a 100 pc.; evaluar la influencia de los gradientes químicos e isotópicos de los discos galácticos en la formación de estructura espirales; obtener imágenes de regiones solares activas e investigar la física de la aceleración de partículas en la superficie del Sol.

Para lograr esto y mucho más,  se utilizaran antenas que formaran el radiotelescopio de más alta precisión jamás construido, antenas que deben mantenerse invariables en su forma bajo las difíciles condiciones de operación remota y elevada ubicación del Llano de Chajnantor. Tendrán un área recolectora hasta7.240 m2con un resolución angular de0,02”(i/1 mm) en un rango de distancias entre 150 y18.500 metros. El diámetro de las antenas es de12 m. con un precisión de superficie menor que 25 um y puntería menor que0,6”

Es el comienzo de una nueva era en el estudio del universo.

 

Bibliografía:

ESA.int

ALMA  folleto febrero 2007

ESO Org

NASA

Glosario de Astrofísica, SOCA

Cosmo Noticias

Sergio Campos A. – Puente Alto – Chile – Junio de 2012

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