Los astrónomos que utilizan el Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA han sido testigos de las sorprendentes consecuencias del choque de rocas espaciales gigantes entre sí en sistemas planetarios cercanos. Lo que inicialmente parecía un exoplaneta reflectante resultó ser mucho más dramático.
Los investigadores notaron por primera vez un punto de luz brillante y asumieron que se trataba de un planeta cubierto de polvo que reflejaba el brillo de su estrella. Esa explicación se desmorona cuando el objeto desaparece y aparece cerca una fuente brillante diferente. El equipo de investigación internacional, que incluía al astrofísico Jason Wang de la Universidad Northwestern, se dio cuenta de que no estaban viendo un planeta en absoluto. En cambio, la luz procedía de una ardiente nube de escombros creada por la violenta colisión.
Las observaciones revelan dos impactos separados y poderosos que crearon nubes de polvo en expansión dentro del mismo sistema planetario. Captar estos eventos en tiempo real brinda a los científicos una ventana poco común sobre cómo se forman los planetas y qué tipos de materiales se combinan para formar nuevas Tierras.
Los resultados fueron publicados en la revista diciembre ciencia.
“Encontrar una nueva fuente de luz en el cinturón de polvo que rodea una estrella fue sorprendente. No lo esperábamos en absoluto”, dijo Wang. “Nuestra hipótesis inicial es que hemos visto dos colisiones planetarias en las últimas dos décadas, pequeños objetos rocosos, como asteroides, colisiones con asteroides. Las colisiones planetarias son extremadamente raras, y esta es la primera vez que hemos visto una fuera de nuestro sistema solar. Es importante estudiar las colisiones planetarias, es importante comprender qué información puede decirnos sobre la formación de planetas. Programas de defensa planetaria como la Prueba de Redirección de Doble Asteroides (DART)”.
“Esta es ciertamente la primera vez que veo un punto de luz desde cualquier lugar de un sistema exoplanetario”, dijo el autor principal Paul Kalas, astrónomo de la Universidad de California, Berkeley. “Falta en todas nuestras imágenes anteriores del Hubble, lo que significa que acabamos de ver una colisión violenta entre dos objetos masivos y una enorme nube de escombros como ninguna otra cosa en nuestro sistema solar actual”.
Wang se especializa en imágenes de exoplanetas y es profesor asistente de física y astronomía en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern, así como miembro del Centro de Exploración e Investigación Interdisciplinaria en Astrofísica (CIERA).
Fomalhout y su maravilloso entorno polvoriento
Las colisiones ocurrieron en el sistema planetario que rodea a la estrella Fomalhaut, a unos 25 años luz de la Tierra en la constelación de Piscis Austrinus. Fomalhaut es más grande que el Sol y está rodeado por un amplio y complejo conjunto de cinturones de escombros polvorientos.
“El sistema tiene uno de los cinturones de polvo más grandes que conocemos”, dijo Wang. “Esto lo convierte en un objetivo fácil de estudiar”.
Durante años, los astrónomos han debatido la naturaleza de un objeto brillante conocido como Fomalhaut b, reportado por primera vez en 2008 fuera del cinturón de polvo principal de la estrella. Algunos investigadores pensaron que se trataba de un planeta, mientras que otros sospecharon que se trataba del polvo de la colisión.
En 2023, nuevas observaciones del Hubble agregaron otro giro. La fuente de luz original desapareció, pero aparece un nuevo objeto brillante en una parte ligeramente diferente del sistema.
“Con estas observaciones, nuestro principal objetivo era observar Fomalhat b, que inicialmente pensamos que era un planeta”, dijo Wang. “Asumimos que la luz brillante era Fomalhaut B porque era la fuente conocida en el sistema. Pero, después de comparar cuidadosamente nuestras nuevas imágenes con imágenes anteriores, nos dimos cuenta de que no podía ser la misma fuente. Esto fue emocionante y nos dejó rascándonos la cabeza”.
Evidencia de dos choques cósmicos separados
La desaparición del objeto principal, ahora denominado Fomalhaut cs1, apoya la idea de que era una nube de polvo que se disipaba lentamente después de una colisión. La presencia de una segunda fuente brillante llamada Fomalhaut cs2 refuerza la conclusión de que ninguno de los objetos es un planeta. En cambio, ambos parecen ser nubes de escombros cuando grandes cuerpos planetarios chocan entre sí.
Fomalhaut cs2 se parece mucho a cómo apareció cs1 por primera vez hace dos décadas, tanto en brillo como en posición. Al estudiar estos fenómenos, el equipo pudo estimar con qué frecuencia podrían ocurrir este tipo de colisiones en este sistema.
“La teoría sugiere que debería haber una colisión cada 100.000 años aproximadamente. Aquí, en 20 años, hemos visto dos”, dijo Kalas. “Si tuvieras una película de los últimos 3.000 años y creciera una fracción de segundo cada año, imagina cuántos destellos verías en ese tiempo. El sistema planetario de Fomalhaut brillaría con esta colisión”.
Debido a que el resultado fue inesperado, Wang realizó uno de cuatro análisis independientes para confirmar los resultados. Cada análisis detectó una nueva fuente de luz transitoria aproximadamente en la misma región, lo que refuerza la conclusión de que se observaron dos colisiones separadas.
“Esta es la primera vez que vemos algo como esto”, dijo Wang. “Por lo tanto, teníamos que asegurarnos de que pudiéramos confiar en nuestras imágenes y de que estábamos midiendo las propiedades de la colisión correctamente. Analicé los números para mostrar que cuatro análisis independientes detectaron con confianza una nueva fuente alrededor de la estrella”.
Por qué las nubes de polvo pueden engañar a los cazadores de planetas
Más allá de revelar colisiones activas, el descubrimiento también sirve como advertencia para futuras exploraciones planetarias. Grandes nubes de polvo pueden imitar fielmente la apariencia de un exoplaneta al reflejar la luz de las estrellas, lo que podría confundir a los astrónomos.
“Fomalhat CS2 parece exactamente un planeta extrasolar que refleja la luz de las estrellas”, dijo Kalas. “Lo que aprendimos del estudio CS1 es que una gran nube de polvo puede hacerse pasar por un planeta durante muchos años. Esta es una nota de advertencia para futuras misiones destinadas a detectar planetas extrasolares en luz reflejada”.
A medida que nuevos observatorios como el Telescopio Gigante de Magallanes se preparan para obtener imágenes directas de planetas similares a la Tierra alrededor de estrellas cercanas, distinguir entre planetas reales y nubes de polvo temporales será cada vez más importante.
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Aunque Fomalhaut cs1 se ha desvanecido, los investigadores planean seguir observando el sistema. Su próximo objetivo es cs2, que podría revelar más sobre cómo se producen las colisiones en sistemas planetarios jóvenes.
Las observaciones futuras dependerán de la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) a bordo del telescopio espacial James Webb (JWST) de la NASA. A diferencia del Hubble, NIRCam puede capturar información de color detallada que ayuda a los científicos a determinar el tamaño y la composición de las partículas de polvo, incluso si contienen agua o hielo.
“Debido a la edad del Hubble, ya no puede recopilar datos confiables sobre el sistema”, dijo Wang. “Afortunadamente, ahora tenemos JWST. Tenemos un programa JWST dedicado a seguir estas colisiones planeta-estrella para comprender la naturaleza de la nueva fuente circunestelar y los dos planetas padres que colisionaron”.
El estudio, “Segunda colisión planetaria violenta en el sistema Fomalhaut”, contó con el apoyo de la NASA (número de premio HST-GO-17139).
