Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge del telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA mostra la galàxia espiral NGC 2566. Crèdit: ESA/NASA
Aquesta imatge del telescopi espacial Hubble de la NASA/ESA mostra la galàxia espiral NGC 2566, situada a 76 milions d'anys llum en la constel·lació de la Popa. Una barra d'estrelles prominent s'estén a través del centre d'aquesta galàxia, i braços espirals emergeixen de cada extrem de la barra. Atès que NGC 2566 apareix inclinada des de la nostra perspectiva, el disc adquireix forma d'ametlla, donant a la galàxia l'aparença d'un ull còsmic.
Mentre que NGC 2566 sembla mirar-nos, els astrònoms ens tornen la mirada, utilitzant el Hubble per estudiar els cúmuls estel·lars i les regions de formació estel·lar de la galàxia. Les dades del Hubble són especialment valuoses per estudiar estrelles de pocs milions d'anys; aquestes estrelles brillen en les longituds d'ona ultraviolada i visible a què el Hubble és sensible. Amb aquestes dades, els investigadors poden mesurar l'edat de les estrelles de NGC 2566, cosa que ajuda a reconstruir la cronologia de la formació estel·lar de la galàxia i l'intercanvi de gas entre els núvols de formació estel·lar i els mateixos estels.
El Hubble col·labora regularment amb altres observatoris astronòmics per examinar objectes com NGC 2566, inclòs el telescopi espacial James Webb de la NASA, ESA i CSA. Les dades del Webb complementen les del Hubble anant més enllà de les longituds d'ona infraroges de la llum que el Hubble pot veure, definint millor les àrees de pols càlida i brillant. En longituds d'ona encara més grans, l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, sigles en anglés de ALMA, (Gran Conjunt Milimetric/submilimètric d'Atacama) compost per 66 radiotelescopis que treballen conjuntament, pot captar imatges detallades dels núvols de gas i pols en què es formen les estrelles. Junts, Hubble, Webb i ALMA proporcionen una visió general de la formació, vida i mort de les estrelles a les galàxies de tot l'univers.
Des del seu descobriment el 1987, aquesta supernova ha fascinat els astrònoms pel seu espectacular espectacle de llums. Situada al Gran Gran Núvol de Magalhães , va ser l'explosió de supernova més propera observada en centenars d'anys i la millor oportunitat fins ara per als astrònoms d'estudiar les fases abans, durant i després de la mort d'una estrella.
Aquesta supernova ha estat estudiada pel Hubble, Observatori de raigs XChandra de la NASA i ALMA, un potent conjunt de 66 antenes, durant més de 30 anys. Aquí hi ha algunes coses que ens van mostrar, així que més a poc a poc, asseu-te, és nou:
Els estudis del Hubble van revelar que el dens anell de gas al voltant de la supernova (visible al centre de la imatge) té un diàmetre d'aproximadament un any llum i brilla en llum òptica. L'anell existia com a mínim 20.000 anys abans de l'explosió de l'estrella. Un centelleig de llum ultraviolat procedent de l'explosió va energitzar el gas de l'anell, fent-lo brillar durant dècades.
Clic a la imatge per engrandir. Núvols de gas i pols en tons vermells cobreixen la part superior de la imatge i una mica de la inferior. Just al centre hi ha la Supernova 1987a, el romanent d'una estrella que va explotar. El lloc de la supernova està envoltat per un anell rosaci il·luminat. També són visibles dos febles anells exteriors. Estrelles i galàxies brillen per tot arreu, emetent llum vermella i blava. Crèdit: NASA, ESA, R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Gordon and Betty Moore Foundation), i M. Mutchler i R. Avila (STScI).
Les dades del Chandra van mostrar un anell d'emissió de raigs X en expansió que s'havia anat fent cada cop més brillant des del 1993 fins al 2013. L'ona expansiva de l'explosió original ha anat irrompent i escalfant l'anell de gas que envolta la supernova, produint raigs X.
A partir del 2012, els astrònoms van utilitzar ALMA per observar les restes brillants de la supernova, estudiant com el romanent està produint grans quantitats de pols nova. Una part d'aquesta pols arribarà a l'espai interestel·lar i es podria convertir en els components bàsics de futures estrelles i planetes en un altre sistema. Aquestes observacions suggereixen també que la pols de l'univers primitiu probablement es va formar a partir d'explosions de supernoves similars.
Des que va començar a funcionar el 2022, el telescopi espacial James Webb (JWST) ha revelat algunes coses sorprenents sobre l'Univers. L'última es va produir quan un equip d'investigadors va utilitzar l'instrument d'infraroig mitjà (MIRI) del Webb per observar Rho Ophiuchi, la nebulosa de formació estel·lar més propera a la Terra, a uns 400 anys llum de distància. Tot i que almenys cinc telescopis han estudiat la regió des de la dècada de 1970, la resolució sense precedents del Webb i els seus instruments especialitzats van revelar el que estava passant al cor d'aquesta nebulosa.
Clic a la imatge per engrandir. Aquesta recreació artística mostra dues estrelles joves a prop del final de la seva formació. Al voltant de les estrelles hi ha discos de gas i pols dels quals es poden formar planetes. Dolls de gas surten disparats dels pols nord i sud de les estrelles. Crèdit: NASA
Per començar, mentre observaven el que es pensava que era una sola
estrella (WL 20S), l'equip es va adonar que estaven observant un parell
d'estrelles joves que es van formar entre 2 i 4 milions d'anys
enrere. Les dades de MIRI també van revelar que les estrelles bessones
tenen raigs coincidents de gas calent (també coneguts com raigs
estel·lars) que emanen dels seus pols nord i sud cap a l'espai.
El descobriment es va presentar a la 244a reunió de la Societat
Astronòmica Americana (224 AAS), celebrada el 12 de juny. Gràcies a observacions
addicionals realitzades per l'Atacama Large Millimeter/submillimeter
Array (ALMA), l'equip es va sorprendre en observar grans núvols de pols i
gas envoltant les dues estrelles.
Donada l'edat de les bessones, l'equip va arribar a la conclusió que es podria tractar de discos circumstel·lars que estan formant gradualment un sistema de planetes. Això converteix WL 20S en una troballa valuosa per als astrònoms, ja que els permet observar la formació d'un sistema solar. Com s'ha assenyalat, la nebulosa Rho Ophiuchi ha estat estudiada durant dècades per telescopis infrarojos, com el telescopi espacial Spitzer i el Wide-field Infrared Explorer (WISE, sigles en anglès de Explorador Infraroig de Camp Ampli), l'Infrared Telescope Facility (IRTF, sigles en anglès de Instal·lació de Telescopi Infraroig) de l'Observatori Mauna Kea, el telescopi Hale de 5,0 metres de l'Observatori Palomar i el telescopi Keck II.
Clic a la imatge per engrandir. Aquesta imatge del grup estel·lar WL 20 combina dades de l'ALMA i de l'Instrument MIRI del telescopi Webb de la NASA. Crèdit: NSF/NRAO/NASA/JPL-Caltech/B. Saxton
L'astronomia infraroja és necessària per estudiar nebuloses especialment polsegoses, ja que els núvols de pols i gas oculten la major part de la llum visible de les estrelles que contenen. Gràcies a la seva òptica infraroja avançada, Webb va poder detectar longituds d'ona lleugerament més llargues utilitzant el seu instrument MIRI. Mary Barsony, astrònoma del Carl Sagan Center for the Study of Life in the Universe (part de l'Institut SETI), va ser l'autora principal d'un nou article que en descriu els resultats. Segons va relatar en un comunicat de premsa recent de la NASA.
"Ens vam quedar bocabadats. Després d'estudiar aquesta font durant dècades, pensàvem que la coneixíem prou bé. Però no hauríem sabut que es tractava de dues estrelles o que aquests raigs existien sense el MIRI. És realment sorprenent. És com tenir ulls nous".
Els radiotelescopis són una altra manera d'estudiar les nebuloses, encara que no garanteixen revelar les mateixes característiques que els instruments infrarojos. En el cas de WL 20S, la llum absorbida era visible al rang submil·limètric, pel que ALMA era l'opció ideal per a les observacions de seguiment. Tot i això, les dades d'alta resolució a l'infraroig mitjà eren necessàries per distingir WL 20S com un parell d'estrelles amb discs d'acreció individuals. Això va permetre a l'equip resoldre raigs estel·lars compostos de gas ionitzat que no són visibles en longituds d'ona submil·limètriques.
"La potència d'aquests dos telescopis junts és realment increïble. Si no haguéssim vist que es tractava de dues estrelles, els resultats d'ALMA podrien haver semblat simplement un únic disc amb un lloc al mig. En canvi, tenim noves dades sobre dues estrelles que estan clarament en un punt crític de les seves vides, quan els processos que les van formar s'estan esgotant".
Els resultats combinats de MIRI i ALMA van revelar que les estrelles bessones s'acosten al final del seu període de formació i ja podrien tenir un sistema de planetes. Futures observacions d'aquestes estrelles amb el Webb i altres telescopis permetran als astrònoms aprendre més sobre com les estrelles joves passen de la fase de formació a la de seqüència principal. "És sorprenent que aquesta regió encara tingui tant que ensenyar-nos sobre el cicle de vida de les estrelles", va afirmar Ressler. "Estic entusiasmat per veure què més ens revelarà Webb".
El telescopi espacial James Webb de la NASA ha captat les "entremaliadures" d'un parell d'estrelles joves en formació activa, conegudes com a Herbig-Haro 46/47, en llum infraroja propera d'alta resolució.
Clic a la imatge per engrandir. Núvol horitzontal ataronjat conegut com Herbig-Haro 46/47, amb una taca central blanc-groguenca travessada per pics de difracció vermells. Una nebulosa circumdant es veu com una delicada boira blava semitransparent. El fons és ple d'estrelles i galàxies. El telescopi espacial James Webb de la NASA ha captat en llum infraroja propera d'alta resolució una parella d'estrelles en formació activa, conegudes com a Herbig-Haro 46/47, estretament unides. Busqueu-les al centre dels pics vermells de difracció, apareixent com una taca blanca ataronjada. Herbig-Haro 46/47 és un objecte d'estudi important perquè és relativament jove: només en té uns quants milers d'anys. Els sistemes estel·lars triguen milions d'anys a formar-se completament. Objectius com aquest permeten als investigadors comprendre la massa que acumulen les estrelles al llarg del temps, cosa que els podria ajudar a modelitzar la formació del nostre Sol, una estrella de baixa massa, i del seu sistema planetari. Crèdits: Imatge: NASA, ESA, CSA. Processament d'imatges: Joseph DePasquale (STScI)
Les estrelles joves són entremaliades!
El telescopi espacial James Webb de la NASA ha captat les "entremaliadures" d'un parell d'estrelles joves en formació activa, conegudes com a Herbig-Haro 46/47, en llum infraroja propera d'alta resolució. Per trobar-les, rastreja els brillants pics de difracció rosa i vermell fins arribar al centre: Les estrelles estan dins de la taca blanca ataronjada. Estan profundament enterrades en un disc de gas i pols que alimenta el seu creixement a mesura que segueixen guanyant massa. El disc no és visible, però la seva ombra es pot veure a les dues regions fosques i còniques que envolten les estrelles centrals.
Els detalls més cridaners són els lòbuls de dues cares que s'obren amb ventall a partir de les estrelles centrals en formació activa, representades en color taronja ardent. Gran part d'aquest material va sortir disparat d'aquelles estrelles en ingerir i expulsar repetidament el gas i la pols que les envolten immediatament al llarg de milers d'anys.
Quan el material de les ejeccions més recents xoca amb el material més antic, canvia la forma d'aquests lòbuls. Aquesta activitat és com una gran font que s'encén i s'apaga en una successió ràpida però aleatòria, donant lloc a ondulacions a l'estany que hi ha a sota. Alguns raigs expulsen més material i altres es llancen a més velocitat. Per què? Probablement estigui relacionat amb la quantitat de material que va caure sobre els estels en un moment determinat.
Les ejeccions més recents de les estrelles apareixen en un fil blau. Passen just per sota del pic de difracció horitzontal vermell situat a les 2 en punt. Al llarg del costat dret, aquestes ejeccions formen patrons ondulats més clars. Estan desconnectades en alguns punts i acaben en un notable cercle irregular de color porpra clar a la zona taronja més gruixuda. A l'esquerra, a prop de les estrelles centrals, també apareixen línies arrissades de color blau més clar, però de vegades queden eclipsades pel brillant pic de difracció vermell.
Tots aquests raigs són crucials per a la pròpia formació estel·lar. Les ejeccions regulen la quantitat de massa que acaben acumulant les estrelles. (El disc de gas i pols que alimenta les estrelles és petit. Imagini's una banda ben lligada al voltant de les estrelles).
Ara dirigeix la teva mirada cap a la segona característica més prominent: el núvol blau efervescent. Es tracta d'una regió de dens pols i gas, coneguda com a nebulosa i, més formalment, com a glòbul de Bok. Quan s'observa principalment en llum visible, sembla gairebé completament negra: només unes poques estrelles de fons treuen el cap a través d'ella. A la nítida imatge de Webb a l'infraroig proper, podem veure dins i a través de les capes difuses d'aquest núvol, enfocant molt més de Herbig-Haro 46/47, i revelant alhora una profunda gamma d'estrelles i galàxies que es troben molt més enllà. Les vores de la nebulosa apareixen en un suau contorn taronja, com una L invertida al llarg de la part dreta i inferior.
Clic a la imatge per engrandir. Exemple de glòbul de Bok. Aquesta imatge del Telescopi de Nova Tecnologia d'ESO a l'ObservatoriLa Silla a Xile mostra l'objecte Herbig-Haro HH 46/47 com a raigs que emergeixen d'un núvol fosc de formació estel·lar.Aquest objecte va ser objecte d‟un estudi realitzat amb ALMA durant la fase de Ciència Inicial.Crèdit: ESO/Bo Reipurth
Aquesta nebulosa és important, ja que la seva presència influeix en la forma dels raigs llançats per les estrelles centrals. Quan el material expulsat entra a la nebulosa de la part inferior esquerra, els dolls tenen més possibilitats d'interactuar amb les molècules de la nebulosa, cosa que fa que totes dues s'il·luminin.
Hi ha dues zones més on fixar-se per comparar l'asimetria dels dos lòbuls. Mira cap a la part superior dreta per veure una massa d'ejecció amb forma d'esponja que sembla separada del lòbul més gran. Només alguns fils de material semitransparent apunten cap al lòbul més gran. Darrere seu, com a serpentines en un vent còsmic, semblen surar formes gairebé transparents en forma de tentacles. En canvi, a la part inferior esquerra, si mirem més enllà del lòbul gran, veiem un arc. Tots dos estan formats per material que va ser empès més lluny i possiblement per ejeccions anteriors. Els arcs semblen apuntar en diferents direccions i es poden haver originat a partir de diferents fluxos de sortida.
Feu una altra ullada a aquesta imatge. Tot i que sembla que Webb ha captat Herbig-Haro 46/47 de costat, un dels costats està lleugerament inclinat cap a la Terra. Contra-intuïtivament, és la meitat dreta més petita. Tot i que el costat esquerre és més gran i brillant, està apuntant lluny de nosaltres.
Durant milions d'anys, les estrelles de Herbig-Haro 46/47 es formaran completament, aclarint l'escena d'aquestes fantàstiques ejeccions multicolors, permetent que les estrelles binàries ocupin el centre de l'escenari sobre un fons ple de galàxies.
Webb pot revelar tants detalls a Herbig-Haro 46/47 per dues raons. L'objecte està relativament a prop de la Terra, i la imatge de Webb es compon de diverses exposicions, cosa que augmenta la seva profunditat.
Herbig-Haro 46/47 es troba a 1.470 anys-llum de distància, a la constel·lació de la Vela.
El telescopi espacial James Webb és el principal observatori científic espacial del món. Webb està resolent misteris en el nostre sistema solar, mirant més enllà, mons llunyans al voltant d'altres estrelles, i sondejant les misterioses estructures i orígens del nostre univers i el nostre lloc en ell. Webb és un programa internacional dirigit per la NASA amb els socis, l'ESA (Agència Espacial Europea) i l'Agència Espacial Canadenca.
Clic a l'imatge per engrandir. Els científics que observen el nucli de ràdio compacte de M87 han descobert nous detalls sobre el forat negre supermassiu de la galàxia. En aquesta recreació artística, el doll massiu del forat negre es veu pujant des del centre del forat negre. Les observacions en què es basa aquesta il·lustració representen la primera vegada que el raig i l'ombra del forat negre s'han fotografiat junts, donant als científics una millor comprensió de com els forats negres poden impulsar aquests potents dolls. Crèdit: S. Dagnello (NRAO, AUI, NSF).
Primera imatge d'un forat negre supermassiu: submergiu-vos al cor de la galàxia M87 Descobriu on s'amaga el forat negre supermassiu del qual els astrònoms han donat a conèixer la primera imatge de la història. Aquest vídeo ens transporta al centre de la gran galàxia que la protegeix, a 55 milions d'anys llum de la Terra.
M87* és el forat negre supermassiu al cor de la galàxia gegant M87 que va proporcionar la primera imatge de l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'aquestes estrelles compactes. Avui, un grup de radiotelescopis inclosos els d'ALMA d'ESO, revela en una sola imatge el mateix forat negre, però també el naixement del seu raig de matèria a partir d'un anell de matèria al voltant de M87*. Això és suficient per entendre millor els altres dolls de forats negres.
Ja a l'abril de 2019, la galàxia Messier 87 (M87), una enorme galàxia el·líptica situada a uns 55 milions d'anys llum de la Terra, va arribar als titulars en el camp de la radioastronomia. De fet, els astrònoms el van estudiar durant segles al visible i a la constel·lació de la Verge, després del seu descobriment per Charles Messier al 1781. Més tard es va adonar que a més de contenir 10 vegades més estrelles que la Via Làctia, també contenia al seu cor un forat negre supermassiu que era un excel·lent objectiu per poder observar l'ombra de l'horitzó d'esdeveniments d'un forat negre.
Per a això, calia mobilitzar les observacions de diversos radiotelescopis a la superfície de la Terra i implementar amb ells la tècnica de síntesi d'obertura. Permet disposar virtualment d'un radiotelescopi de la mida de la Terra combinant les observacions d'aquests instruments i, per tant, poder produir imatges amb una resolució rècord.
Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del vídeo. Roger Blandford ens parla dels forats negres supermassius i els seus dolls en aquest vídeo. Crèdit: Quanta Magazine.
Observacions addicionals de l'EHT
Això és el que havien aconseguit fer els membres de la col·laboració Event Horizon Telescope (EHT-Telescopi de l'Horitzó de Successos), revelant així al 2019, la primera imatge d'un forat negre . Avui, tal com s'explica en una nota de premsa de l'Observatori Europeu del Sud (ESO) que acompanya una publicació a Nature, hem observat per primera vegada en la mateixa imatge, l'ombra del forat negre al centre de M87 i el potent jet de partícules de matèria gairebé a la velocitat de la llum quan és expulsat.
La nota de premsa també especifica que és fruit d'un procés a llarg termini de processament dels senyals recollits perquè va començar amb observacions fetes l'any 2018 amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA - Conjunt Global VLBI milimétric), de l'Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i el Greenland Telescope(GLT).
Aquest jet es coneix des de fa molt de temps quan l'astrònom nord-americà Heber Doust Curtis l'havia observat ja l'any 1918. Però només més tard podríem entendre que aquest raig de matèria particularment fi i col·limat, que s'estén per almenys 5.000 anys llums de distància, és el resultat de complexos processos físics relacionats amb la magnetohidrodinàmica dels plasmes en l'espai-temps corbat, en aquest cas el forat negre de Kerr en rotació que conté aproximadament 6.500 milions de masses solars.
Clic a l'imatge per engrandir. Aquesta imatge mostra per primera vegada el raig i l'ombra del forat negre al centre de la galàxia M87. Les observacions es van obtenir amb els telescopis del Global Millimeter VLBI Array (GMVA), l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), del qual l'ESO és soci, i el Greenland Telescope. La imatge proporciona als científics el context necessari per entendre com es forma el potent jet. Les noves observacions també van revelar que l'anell del forat negre, que es mostra aquí a la inserció, és un 50% més gran que l'anell observat a longituds d'ona de ràdio més curtes pel telescopi Event Horizon (EHT). Això fa pensar que a la nova imatge veiem més material que cau cap al forat negre del que podríem veure amb l'EHT. Crèdit: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF).
Un laboratori per entendre l'astrofísica dels forats negres galàctics
El repte de les noves anàlisis de les observacions és més ampli que el cas de M87 perquè es coneixen diversos dolls similars i sabem que han d'estar relacionats amb les interaccions entre els forats negres supermassius i les galàxies que els acullen.
"Sabem que els dolls són expulsats de la regió al voltant dels forats negres, però encara no entenem del tot com passa això. Per estudiar-ho directament, hem d'observar l'origen del raig el més a prop possible del forat negre", va dir Ru-Sen Lu de l'Observatori Astronòmic de Shanghai a la Xina en el comunicat de l'ESO.
Les observacions anteriors havien donat com a resultat imatges separades de la regió propera al forat negre i al doll, però "aquesta nova imatge completa la imatge mostrant la regió al voltant del forat negre i el raig al mateix temps", afegeix el seu col·lega Jae-Young Kim de la Universitat Nacional de Kyungpook a Corea del Sud i de l'Institut Max Planck de Radioastronomia a Alemanya.
Podeu triar l'idioma de subtitulació a la configuració del video. Amb l'ajuda d'ALMA, els astrònoms han obtingut una nova imatge del forat negre supermassiu situat al centre de la galàxia M87. Crèdit: Observatori Europeu del Sud (ESO).
Encara en la mateixa nota de premsa, ens assabentem que el guany de resolució encara obtingut en el cas del M87 prové del fet que els investigadors amb els radiotelescopis utilitzats han aprofitat les ones de ràdio amb una longitud d'ona més gran que la del EHT: 3,5 mm en lloc d'1,3 mm. Tal com explica Thomas Krichbaum, de l'Institut Max-Planck de Ràdioastronomia. "En aquesta longitud d'ona, podem veure com el raig emergeix de l'anell d'emissió al voltant del forat negre supermassiu central". La mida de l'anell observat és aproximadament un 50% més gran que la de la imatge del telescopi Event Horizon.
"Per entendre l'origen físic d'aquest anell més gran i gruixut, vam haver d'utilitzar simulacions per ordinador per provar diferents escenaris", afegeix Keiichi Asada de l'Acadèmia Sinica de Taiwan.
En última instància, la imatge mostraria més completament part del material que cau cap a l'horitzó d'esdeveniments del forat negre supermassiu.
ALMA revela dos forats negres supermassius que formen dos nuclis galàctics actius en un.
Clic per engrandir. Recreació artística de dos forats negres supermassius que formen un sistema binari i cadascun envoltat per un disc d'acreció brillant com en el cas d'UGC 4211. Crèdit: Mark Myers, ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav).
Ones gravitacionals: la seva detecció explicada en un minut Això és tot, s'han detectat ones gravitacionals. Aquestes fluctuacions de l'espai-temps.
El radiotelescopi ALMA, juntament amb altres instruments, ha revelat dos nuclis galàctics actius al cor d'una fusió de galàxies. Darrere d'aquests nuclis hi ha el forat negre supermassiu binari amb la distància més petita coneguda entre aquestes dues estrelles compactes, cosa que suggereix que la caça d'ones gravitacionals amb eLISA en un futur proper tindrà més èxit del que s'esperava.
Una vegada es va pensar que les galàxies van créixer essencialment fusionant-se entre elles, i les galàxies grans més primerenques van empassar-se.galàxies nanes. Les observacions fetes amb el telescopiHubble també va mostrar molts exemples de col·lisió de galàxies, tant més quan vam observar lluny a l'espai i, per tant, enrere en el temps.
També es pensava que va ser durant les col·lisions que els quàsars s'encenen, és a dir, els nuclis galàctics actius son especialment lluminós per una addició massiva de gas al nucli d'aquestes galàxies, el gas que s'estava acumulant per un forat negre de Kerr supermassiu giratori.
No obstant això, durant la dècada anterior, el paradigma va canviar amb noves observacions i la seva interpretació en el marc acadèmic de les simulacions numèriques. Si continuem pensant que els forats negres supermassius i les galàxies creixen junts, atès que veiem que es respecta una llei de proporcionalitat per a la gran majoria de galàxies entre la massa en la forma d'estrelles que contenen i el dels seus forats negres supermassius, ara es considera que les col·lisions no són tan freqüents com es creia anteriorment i que en realitat tenen un paper secundari o fins i tot menor en el creixement de les galàxies.
Tot indica que és l'acreció de corrents de matèria bariònica deixades pel Big Bang, a través de filaments de matèria fosca freda que els canalitzen, que es formen massivament noves estrelles i que els forats negres centrals creixen.
En qualsevol cas, intentarem esbrinar més sobre el creixement de les galàxies/forats negres supermassius mitjançant fusió detectant a l'horitzó de la dècada de 2030 les ones gravitacionals emeses per la fusió de forats negres supermassius al final de la fusió de galàxies, utilitzant el detector d'ones gravitacionals eLISA. Els detectors actuals, com ara LIGO i VIRGO, no observen a la banda de longituds d'ona adequat per destacar les pèrdues d'energia en forma d'ones gravitacionals dels forats negres supermassius. Pèrdues que disminueixen les mides de les seves òrbites en el sistema binari format per la fusió de dues galàxies.
Estimacions sobre la quantitat de forats negres binaris que podem esperar observar en un volum donat de l'espai-temps. A més d'una esfera que envolta la Via Làctia es pot sondar augmentant la sensibilitat del detector, s'espera que es trobin més forats negres supermassius binaris. Però aquesta conclusió es veu temperada pel fet que com més lluny estan aquests objectes, menys lluminosos són per a un detector per eLISA.
Clic per engrandir. Els científics que utilitzen l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) per mirar profundament al cor de la parella de galàxies fusionades conegudes com UGC 4211 han descobert dos forats negres que creixen costat a costat, a només 750 anys llum de distància. La recreació artística mostra que les galàxies finalment es fusionen en una i els seus dos forats negres centrals. Els forats negres supermassius binaris són els més propers observats mai en múltiples longituds d'ona. Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)
UGC 4211, un laboratori per entendre els forats negres supermassius binaris?
Sembla, però, gràcies a les observacions recents en alta resolució en el domini de les ones mil·límetres amb l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array -ALMA- (Gran Conjunt Mil·limètric-Submil·limètric d'Atacama)), que el nombre de forats negres supermassius binaris propers és més gran del que es pensava anteriorment, cosa que és un bon auguri si aquest és el cas.
Així ho indica un article publicat recentment a The Astrophysical Journal Letters per Michael Koss i els seus col·legues que també han mobilitzat altres instruments observant a altres longituds d'ona, com ara Muse equipant el VLT d'ESO o els telescopis de l'Observatori WM Keck, per estudiar amb més detall UGC 4211, un parell de galàxies en fusió a 500 milions d'anys llum només de la Via Làctia dins la Constel·lació del Cranc.
"Les simulacions van suggerir que la majoria de la població de forats negres binaris a les galàxies veïnes estaria inactiva perquè són més comuns, i no dos forats negres en creixement com hem trobat. ALMA és únic perquè pot veure a través de grans columnes de gas i pols i aconseguir una resolució espacial molt alta per veure les coses molt juntes. El nostre estudi ha identificat un dels parells de forats negres més propers en una fusió de galàxies i com sabem, les fusions de galàxies són molt més freqüents a l'Univers llunyà, aquests binaris forats negres també poden ser molt més comuns del que es pensava", explica Michael Koss en un comunicat del National Radio Astronomy Observatory (NRAO) als EE.UU..
El seu company Ezequiel Treister, astrònom de la Universitat Catòlica de Xile i coautor de la investigació, afegeix que: "Podrien haver-hi molts parells de forats negres supermassius creixent als centres de les galàxies que no hem estat capaços d'identificar fins ara". Si és així, en un futur proper observarem freqüents esdeveniments d'ones gravitatòries causats per fusions d'aquests objectes a tot l'Univers.
Aquest vídeo mostra una il·lustració i imatges d'ALMA de dos forats negres menjant junts i devorant amb avidesa pols, gas i altres materials alterats per la col·lisió. Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Koss et al (Eureka Scientific), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
L'Event Horizon Telescope Collaboration (EHT o Telescopi de l'Horitzó de Successos) ha creat una sola imatge (quadre superior) del forat negre supermassiu al centre de la nostra galàxia, anomenat Sagitari A*, o Sgr A* per abreujar, combinant imatges extretes de les observacions EHT.
La imatge principal es va produir mitjanant juntar milers d'imatges creades utilitzant diferents mètodes computacionals, tots els quals s'ajusten amb precisió a les dades d'EHT. Aquesta imatge mitjana conserva les característiques més comunament vistes a les imatges variades, i suprimeix les característiques que apareixen amb poca freqüència.
Les imatges també es poden agrupar en quatre grups basats en característiques semblants. A la fila inferior es mostra una imatge mitjana i representativa per a cadascun dels quatre grups. Tres dels cúmuls mostren una estructura d'anell però, amb diferent distribució de brillantor al voltant de l'anell. El quart clúster conté imatges que també s'ajusten a les dades però no apareixen com a anells.
Els gràfics de barres mostren el nombre relatiu d'imatges que pertanyen a cada clúster. Milers d'imatges van caure a cadascun dels tres primers grups, mentre que el quart i més petit grup conté només centenars d'imatges. Les altures de les barres indiquen els "pesos" relatius, o contribucions, de cada grup a la imatge mitjana a la part superior.
A més d'altres instal·lacions, la xarxa de radioobservatoris EHT que va fer possible aquesta imatge inclou l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i l'Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) al Desert d'Atacama a Xile, ESO és un soci en nom dels seus Estats membres a Europa.
Clic per engrandir. Per primera vegada, els investigadors han estudiat a diferents longituds d'ona el pas d'un "intrús" en un sistema estel·lar i les pertorbacions que ha provocat el seu disc protoplanetari. Crèdit: ALMA /ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AIU/NSF), NAOJ
Clarament va irrompre. Aquest "intrús" que els astrònoms van sorprendre al cor del sistema estel·lar Z Canis Majoris (Z CMa). Però per primera vegada, van poder recollir les seves petjades i rastrejar les pertorbacions que va causar al disc protoplanetari. Quines seran les conseqüències?
Se sap que la constel·lació del Ca Major acull l'estrella més brillant del nostre cel nocturn, Sírius. També amaga un sistema binari complex anomenat Z Canis Majoris (Z CMa). Aquest sistema estel·lar es va formar fa només 300.000 anys, a partir de dues estrelles separades per unes cent vegades la distància Terra-Sol. Estrelles més massives i més brillants que les nostres.
I és en aquest sistema on els astrònoms acaben d'informar d'un esdeveniment poc observat. El pas d'un "intrús". Un objecte que es va apropar i va interactuar amb l'entorn del sistema estel·lar Z CMa, provocant que es formessin corrents caòtics i estiraments de pols i gas al disc al seu voltant. Una mica com el que passa quan neixen simultàniament diverses estrelles veïnes. Passatges d'intrusos apareixen regularment a les simulacions, però hi ha poques observacions convincents d'ells.
Clic per engrandir. Un equip científic va detectar un
objecte intrús que va pertorbar el disc protoplanetari (on es formen
planetes) de Z Canis Majoris (Z CMa), una estrella de la constel·lació del Ca Major. En aquesta representació artística s'aprecia l'intrús
mentre surt del sistema estel·lar, deixant darrere seu un plomall de gas
del disc protoplanetari. Les dades recollides per ALMA, el telescopi
Subaru i el Karl G. Jansky Very Large Array suggereixen que l'objecte
intrús és el responsable de la formació d'aquests plomalls de gas i que
la seva visita pot tenir conseqüències encara sense predir per al creixement
i el desenvolupament de futurs planetes en el sistema estel·lar.
(Imatge: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), B. Saxton (NRAO / AUI / NSF).
Els investigadors expliquen que la fugacitat d'aquest tipus d'esdeveniments els fa difícils d'observar. Una mica com algú que vol fotografiar un llamp colpejant un arbre. L'evidència que els astrònoms han pogut reunir aquesta vegada sembla demostrar que les estrelles joves poden apropar-se.
Clic per engrandir. Les imatges recollides amb els diferents telescopis. Els astrònoms saben que les estrelles germanes interactuen entre elles. Però és rar que observen el pas al cor d'un sistema estel·lar, d'un "intrús". I el que van observar al costat de Z Canis Majoris va deixar rastre. Crèdit: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ
Nous instruments per a més observacions
El que han registrat els astrònoms és una mena d'empremta digital del pas de l'intrús. Canvis en la morfologia del disc protoplanetari que revelen la seva presència. I que porten els investigadors a preguntar-se sobre la influència que l'esdeveniment podria tenir en la formació de planetes possiblement en curs al sistema Z CMa. Perquè, com demostren les dades recollides aquí, aquestes intrusions pertorben profundament els discs protoplanetaris que envolten aquestes estrelles.
També poden afectar la història tèrmica de les estrelles del sistema i provocar esdeveniments violents com ara l'acreció sobtada. Tot això resta per determinar. Però és cert que si els astrònoms aconsegueixen observar més d'aquests passatges d'intrusos, també podran entendre millor què hi havia en joc quan es va formar el nostre Sistema Solar.
Això pot obligar-los a esperar fins a l'actualització planificada del gran mil·límetre/submillimeter Array d'Atacama (ALMA-Gran Conjunt Mil·limètric-Submil·limètric d'Atacama) i la posada en marxa de la propera generació del Very Large Array (VLA-Conjunt Molt Gran). Tots dos projectes estan en marxa. I haurien de permetre multiplicar les possibilitats d'observar passatges d'intrusos en els sistemes estel·lars.
Mitjançant ALMA, que son les sigles d'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Gran Conjunt Mil·limètric-Submil·limètric d'Atacama), dos equips d’astrònoms han descobert per primera vegada un disc de formació de planetes amb anells desalineats al voltant d’un sistema de tres estrelles, anomenat GW Orionis. Els astrònoms ofereixen dos possibles escenaris per al desalineament: o bé el disc va ser trencat per la tracció gravitacional de les estrelles o per un planeta acabat de néixer.
Clic per engrandir. ALMA i l’instrument SPHERE del Very Large Telescope (Telescopi Molt Gran) del ESO han obtingut la imatge de GW Orionis, un sistema de triple estrella amb una peculiar regió interior. A diferència dels discs plans de formació de planetes que veiem al voltant de moltes estrelles, GW Orionis presenta un disc deformat, deformat pels moviments de les tres estrelles al seu centre. Aquesta imatge composta mostra les observacions ALMA i SPHERE del disc per Kraus et al. La imatge ALMA (blava) mostra l'estructura anellada del disc, amb l'anell més intern (una part del qual és visible com un punt oblong al centre de la imatge) separat de la resta del disc. Les observacions de l’esfera (vermell ataronjat) van permetre als astrònoms veure per primera vegada l’ombra d’aquest anell més profund de la resta del disc, cosa que els va permetre reconstruir la seva forma deformada. Crèdits: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), ESO / Exeter / Kraus et al.
La majoria d’estrelles semblants al nostre Sol neixen amb germanes. A diferència dels planetes del nostre sistema solar, que orbiten tots en el mateix pla al voltant del Sol, els planetes al voltant d’aquests sistemes de diverses estrelles sovint tenen òrbites que no estan alineades amb les òrbites de les seves estrelles. Les seves òrbites tortes s’originen en els discs formadors de planetes, els llocs de naixement dels planetes. Per tant, estudiar discos desalineats al voltant de diverses estrelles ens ajuda a entendre com es formen aquests planetes (anteriorment ALMA va imaginar els discos desalineats del sistema estel·lar binari "Tatooine" a Star Wars).
En un nou estudi, dos equips independents d’astrònoms van apuntar ALMA a GW Orionis. Es tracta d’un sistema estel·lar jove que allotja tres estrelles. Les estrelles interiors GW Ori A i B orbiten entre si i estan separades per 1 UA, i la tercera estrella GW Ori C orbita al voltant de les seves dues germanes a una distància aproximada de 8 UA.
ALMA va trobar tres anells separats amb diferents orientacions al disc massiu de formació de planetes de GW Orionis, situats a aproximadament 46, 185 i 340 UA del seu centre. L’anell interior està molt desalineat en relació tant amb els anells exteriors com amb les tres estrelles. L'anell més exterior és el més gran que s'ha observat mai en discos formadors de planetes. Si un planeta es formés a la bretxa entre l'anell interior i l'exterior, es situaria increïblement lluny de les estrelles. Per comparar-ho, Neptú es troba a només 30 UA del Sol.
Clic per engrandir. Imatges ALMA del disc formador de planetes amb anells desalineats al voltant del sistema de triple estrella GW Orionis. La imatge de la dreta està feta amb dades ALMA preses el 2017 per Bi et al. La imatge de l’esquerra està feta amb dades ALMA preses el 2018 per Kraus et al. Crèdits: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), S. Kraus i J. Bi; NRAO / AUI / NSF, S. Dagnello
ALMA va observar la desalineació als anells de GW Orionis per primera vegada el 2017. "Ens va sorprendre veure la forta desalineació de l'anell interior", va dir Jiaqing Bi de la Universitat de Victoria al Canadà i líder de l'equip que va publicar els seus resultats a The Astrophysical Journal Letters al maig d’aquest any (NdT; pel 2020). "Però l'estranya ordit del disc es confirma amb un patró retorçat que ALMA va mesurar al gas del disc".
El segon equip d'astrònoms, dirigit per Stefan Kraus, de la Universitat d'Exeter, al Regne Unit, va apuntar tant l'ALMA com el Very Large Telescope (VLT) de l'Observatori Sud Europeu cap a les estrelles triples. El seu equip va detectar gas calent a la vora interna de l'anell desalineat i va dispersar la llum de la superfície deformada del disc.
Clic per engrandir. Aquest gràfic mostra la ubicació del triple sistema GW Orionis a la constel·lació d'Orió. El mapa inclou la majoria de les estrelles visibles a ull nu sense ajuda en bones condicions, i la ubicació de GW Orionis s’indica amb un punt vermell. Crèdit: NRAO/AUI/NSF, IAU, Sky & Telescope
“A les nostres imatges, veiem l’ombra de l’anell interior al disc exterior. Al mateix temps, ALMA ens va permetre mesurar la forma precisa de l’anell que projecta l’ombra. La combinació d’aquesta informació ens permet obtenir l’orientació tridimensional de l’anell desalineat i de la superfície del disc deformat”, va dir Kraus, l’equip del qual ha publicat avui (NdT;. pel 3/09/2020) els seus resultats a Science.
Utilitzant matrius de telescopis que funcionen a longituds d'ona infraroges, també van cartografiar les òrbites de les tres estrelles durant més d'11 anys, cobrint un període orbital complet. L'equip va trobar que les tres estrelles no orbitaven en el mateix pla, però que estan desalineades les unes amb les altres i respecte al disc. "Això va resultar crucial per entendre com les estrelles donen forma al disc", va afegir John Monnier, membre de l'equip de la Universitat de Michigan.
Tots dos equips van realitzar simulacions per ordinador per investigar què podria provocar que l’anell interior estigués desalineat de la resta del disc i de les estrelles.
Clic per engrandir. Representació de l'estructura del disc i l'òrbita estel·lar del sistema triple GW Orionis, tal com es deriva de les observacions ALMA i VLT de Kraus et al. Els anells taronja són els anells (desalineats) vistos per ALMA. Les superfícies transparents corresponen als filaments de pols de densitat inferior que connecten els anells i que dominen l’emissió amb llum dispersa. Crèdit: Kraus et al. 2020; NRAO / AUI / NSF
Kraus i el seu equip relacionen les desalineacions observades amb "l'efecte de trencar el disc", que suggereix que l'atracció gravitacional de les estrelles en diferents plans pot deformar-se i trencar-ne els discs. Les seves simulacions van mostrar que el desalineament en les òrbites de les tres estrelles podria fer que el disc que les envolta es trenqués en anells diferents.
Les simulacions de Bi i el seu equip donen a entendre una altra possible explicació del gran desalineament entre els anells de pols interiors i mitjans. “Les nostres simulacions mostren que la força gravitatòria de les estrelles triples no pot explicar per si sola la desalineació observada. Creiem que la presència d'un planeta entre aquests anells és necessària per explicar per què es va trencar el disc", va dir la membre de l'equip Nienke van der Marel de la Universitat de Victoria. "És probable que aquest planeta hagi esculpit un buit de pols i hagi trencat el disc a la ubicació dels anells interior i exterior actuals", va afegir.
Kraus també especula sobre els planetes de GW Orionis: "L'anell interior conté prou pols per construir 30 terres, que és suficient perquè es formi un planeta a l'anell".
Si futurs estudis troben aquest planeta exòtic, ja existeixi o encara s'està formant, seria el primer planeta que s'ha vist al voltant de tres estrelles i posseiria una òrbita molt inusual.
Representació de realitat augmentada de l'estructura del disc i l'òrbita estel·lar del sistema triple GW Orionis, tal com es deriva de les observacions ALMA i VLT de Kraus et al. Els anells taronja són els anells (desalineats) vistos per ALMA. Les superfícies transparents corresponen als filaments de pols de densitat inferior que connecten els anells i que dominen l’emissió amb llum dispersa. CRÈDIT: Kraus et al., 2020; NRAO / AUI / NSF
La vida existeix en un altre lloc més que a la Terra? Aquesta és la pregunta. Però si ara els astrònoms saben que hi ha planetes a tot arreu de l’Univers, encara no saben si presenten les condicions necessàries per a l’aparició de la vida. El treball realitzat amb el telescopi ALMA està donant algunes respostes. Treuen a la llum grans quantitats de molècules orgàniques en llocs on es formen planetes.
Clic per engrandir. Els investigadors han decidit escanejar discs protoplanetaris a la recerca de molècules orgàniques. El seu objectiu: comprendre si la vida podria haver sorgit en qualsevol altre lloc de l'Univers. Crèdit: Mopic, Adobe Stock.
Què passaria si les condicions químiques que van conduir a l’aparició de la vida a la Terra finalment no fossin rares? Aquesta és la pregunta que plantegen treballs publicats recentment en el marc del projecte Maps (Molècules amb ALMA a les escales de formació de planetes). Al llarg de 20 articles científics publicats a la revista "The Astrophysical Journal Supplement Series", els investigadors detallen com acaben de descobrir, al cor dels discs protoplanetaris que envolten estrelles joves "importants dipòsits" de molècules orgàniques.
Aquestes molècules diuen els astrònoms, no són simples molècules basades en el carboni com el monòxid de carboni (CO), que es troba en abundància en l'espai. Són més elaborades. Les teories els converteixen en els "ingredients crus" per construir les molècules que són la base de la química biològica a la Terra. Els experiments de laboratori ho han confirmat. Quan les condicions són adequades, permeten la formació de sucres, aminoàcids i fins i tot els components de l'àcid ribonucleic, el famós ARN. Els maons essencials per a la vida.
Molts entorns en què els investigadors ja han estat capaços de trobar aquest tipus de molècula orgànica complexa es poden qualificar de poc interessants. "Aquesta vegada, volíem saber si aquestes molècules estan presents als llocs on neixen els planetes, als discs protoplanetaris", explica John Ilee, astrònom de la Universitat de Leeds (Regne Unit), en un comunicat de premsa.
Clic per engrandir. En aquesta imatge, la fila superior mostra l’emissió de grans de pols (de mida mil·limètrica) en quatre discs protoplanetaris estudiats pels investigadors. La fila inferior mostra una imatge composta en tres colors de l’emissió de les grans molècules orgàniques HC3N (vermell), CH3CN (verd) i cC3H2 (blau) a cada disc. Els cercles de punts, amb un radi de 50 unitats astronòmiques, indiquen l’escala de la regió de formació de cometes al nostre sistema solar. Crèdit: John Ilee, Universitat de Leeds.
Més molècules orgàniques de les esperades
Aquestes observacions es van fer utilitzant el telescopi ALMA, sigles d'Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (Gran Conjunt Mil·limètric/Submil·limètric d'Atacama) a Xile, capaç de detectar senyals molt febles de molècules situades a regions fredes de l’Univers. Senyals com les empremtes digitals que informen els investigadors sobre la identitat de les molècules que les van emetre.
Però els investigadors van trobar principalment tres molècules més complexes: cianoacetilè (HC3N), acetonitril (CH3CN) i ciclopropenilidè (cC3H2). "La nostra anàlisi demostra que aquestes molècules també es localitzen principalment en aquestes regions internes d'aquests discs, a escales de mida similars al nostre sistema solar, amb abundàncies entre 10 i 100 vegades superiors a les previstes pels models", especifica John Ilee. I és precisament en aquestes regions on es formen els asteroides i els cometes. Aquests objectes que es creu que van sembrar la nostra Terra. Els astrònoms imaginen així que un procés similar al que va iniciar l'aparició de la vida al nostre planeta també es podria produir en aquests discs protoplanetaris.
Clic per engrandir. Sobre aquesta imatge composta construïda a partir de dades d’ALMA de la jove estrella HD 163296, descobrim l’emissió de cianur d’hidrogen (HCN), situada sobre una imatge artística d’un camp estel·lar. Crèdit: ALMA (ESO, NAOJ, NRAO), D. Berry (NRAO), K. Öberg et al (Maps)
Comprendre com s’uneixen els ingredients de la vida
“Si hi ha tanta abundància d’aquestes molècules als discs protoplanetaris, es poden observar molècules encara més complexes. Continuarem la nostra recerca en aquesta direcció amb ALMA. Si obtenim resultats, estarem encara més a prop d’entendre com es poden reunir els ingredients de la vida al voltant d’altres estrelles”, assenyala John Ilee.
El que també van observar els investigadors és una distribució no uniforme d’aquestes molècules entre i fins i tot dins dels discs protoplanetaris. Això suggereix que els planetes que es formen en discs diferents o en llocs diferents del mateix disc, també poden evolucionar en entorns químics radicalment diferents. Per tant, es poden formar alguns planetes amb tot el necessari per fer emergir la vida, mentre que els seus veïns no. No hi ha dubte que ALMA permetrà aclarir una mica més aquestes qüestions fonamentals en el futur.
Clic per engrandir. Aquesta imatge, feta amb ALMA (ESO), mostra el sistema PDS 70 situat a gairebé a 400 anys llum i encara en procés de formació. El sistema està format per una estrella en el seu centre i de al menys dos planetes que l’orbiten. PDS 70b (no visible a la imatge) i PDS 70c, envoltats per un disc circumplanetari (el punt a la dreta de l'estrella). Els planetes han obert una cavitat en el disc circumplanetari. Els planetes han buidat el disc circumestelar (l’estructura en forma d’anell que domina la imatge) a l'acumular el material del propi disc i augmentar la seva mida. És durant aquest procés que el PDS 70c va adquirir el seu propi disc circumplanetari, que contribueix al creixement del planeta i on es poden formar llunes. Crèdit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), Benisty et al.
Al vídeo, observació directa de la formació d’una exolluna. El radiotelescopi gegant ALMA va produir la primera imatge directa d’una lluna que es formava al voltant d’un planeta gegant molt jove.
El 2018 i el 2019, els astrònoms van descobrir dos planetes que es formaven al voltant de l’estrella PDS70. En aquell moment, es va suposar que aquests dos planetes estaven envoltats per un disc de pols, el presumpte bressol dels satèl·lits naturals. Avui, ALMA confirma la presència d’un disc que envolta l’exoplaneta PDS 70c, dins del qual podria formar fins a tres llunes. Les explicacions de Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i de la Universitat de Xile, que va dirigir aquest estudi.
L'Observatori ALMA ha confirmat l'existència d'un disc circumplanetari que envolta l'exoplaneta PDS 70c, un dels dos planetes gegants semblants a Júpiter que orbiten una estrella a gairebé 400 anys llum de distància. Aquests dos planetes, PDS 70b i PDS 70c, que formen un sistema que recorda el parell Júpiter-Saturn, es van descobrir per primera vegada amb el Very Large Telescope (VLT) d’ESO el 2018 i el 2019 respectivament. Aleshores, els astrònoms ja havien trobat pistes sobre un disc que permetia formar llunes al voltant del PDS 70c, però no van poder distingir clarament la unitat del seu entorn i confirmar-ne la detecció.
Les observacions d'ALMA també ham permès descobrir que aquest disc té aproximadament el mateix diàmetre que la distància entre el nostre Sol i la Terra i una "massa suficient per formar fins a tres satèl·lits com la Lluna", explica Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i a la Universitat de Xile, que van liderar el nou treball publicat avui a The Astrophysical Journal Letters.
Una oportunitat única per observar i estudiar els processos de formació de planetes i satèl·lits
Com assenyala la nota de premsa d’ESO, aquestes troballes no són només essencials per esbrinar com es formen les llunes. "Aquestes noves observacions també són extremadament importants per provar teories sobre la formació de planetes que no es podien verificar fins ara", diu Jaehan Bae, investigador del Earth and Planets Laboratory de la Carnegie Institution for Science, als Estats Units,i autor de l’estudi. Heu de saber que encara "no entenem els detalls dels processos de formació de planetes i llunes, ni a on es formen", explica Stefano Facchini, investigador de l'ESO, que també participa en aquesta investigació.
El que sabem sobre la formació dels planetes és que es formen en discs de pols al voltant d’estrelles joves, excavant cavitats i acumulant matèria d’aquest disc circumstel·lar per créixer. Durant aquest procés, un planeta pot adquirir el seu propi disc circumplanetari, que ajuda al creixement del planeta regulant la quantitat de matèria que hi cau. Al mateix temps, el gas i la pols del disc circumplanetari es poden ajuntar en cossos cada vegada més grans a través de múltiples col·lisions, que finalment condueixen al naixement de llunes.
Cartografia molt detallada amb l'ajuda del futur telescopi gegant d’ESO
Les darreres observacions d’ALMA han permès als astrònoms obtenir informació addicional sobre el sistema. A més de confirmar la detecció del disc circumplanetari al voltant de PDS 70c i estudiar-ne la mida i la massa, van trobar que PDS 70b no presenta evidències clares de la presència d’aquest disc, cosa que indica que PDS 70c el va privar de pols del seu entorn de naixement.
Aquest sistema planetari s’entendrà amb més detall encara amb el Telescopi Extremament Gran (ELT) d’ESO, construint-se actualment al Cerro Armazones al desert xilè d’Atacama. "L'ELT serà essencial per a aquesta investigació perquè, gràcies a la seva resolució molt més alta, podrem cartografiar el sistema amb gran detall", afirma el coautor Richard Teague, investigador al Center for Astrophyísics | Harvard Smithsonian, als Estats Units. En particular, mitjançant la càmera i l’espectrògraf METIS del ELT, l’equip podrà examinar els moviments del gas que envolta PDS 70c per obtenir una imatge 3D completa del sistema.
Clic per engrandir. Aquesta imatge, presa per ALMA (ESO), mostra una vista de gran angular (esquerra) i primer pla (dreta) del disc llunar que envolta PDS 70c, un jove planeta semblant a Júpiter situat a gairebé 400 anys llum de distància. La vista de prop mostra PDS 70c i el seu disc circumplanetari al centre de la imatge, mentre que el disc circumstel·lar més gran, semblant a un anell, ocupa la major part del costat dret de la imatge. L'estrella PDS 70 es troba al centre de la imatge de gran angular de la esquerra. Crèdit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Benisty et al
Entrevista de Futura a Myriam Benisty
Futura ha entrevistat a Myriam Benisty, investigadora de la Universitat de Grenoble (França) i la Universitat de Xile, que va liderar el nou treball publicat avui a The Astrophysical Journal Letters.
Futura: No és la primera vegada que ALMA observa PDS 70C. Què més afegeixen aquestes noves observacions?
Myriam Benisty: les nostres primeres observacions publicades el 2019 van aportar pistes sobre la presència d’un disc circumplanetari al voltant de PDS 70c, però no en podíem estar segurs, perquè el disc en qüestió no estava desprès, separat de l'entorn circumestelar circumdant. Posteriorment, vam obtenir observacions a una resolució més alta, cosa que permetia imaginar detalls més fins i, per tant, vam poder detectar el disc al voltant del planeta, separat del disc al voltant de l'estrella. Així, vam poder observar directament la formació d’un sistema planetari amb els seus satèl·lits, cosa que ens permet provar les teories de la formació planetària. Per exemple, hem pogut estimar amb més precisió la massa de pols disponible per formar satèl·lits, així com la mida del disc circumplanetari.
F: Tècnicament, en comparació amb les observacions anteriors, són aquestes darreres observacions més fines en termes de resolució?
MB: Sí, de fet, aquestes observacions tenen una resolució molt més fina. Les nostres observacions amb ALMA es van obtenir a una resolució tan fina que vam poder identificar clarament que el disc està associat amb el planeta i que podem determinar la seva mida per primera vegada. El nostre treball revela clarament la detecció d’un disc en què es podrien formar satèl·lits.
F: Què podríem dir d'aquesta "futura" lluna i podem fer una analogia amb el Sistema Solar?
MB: En aquest punt podem dir que el disc al voltant de PDS 70c té la capacitat de formar llunes. L’analogia que es pot fer amb el sistema solar és més general al sistema PDS70. El parell de planetes PDS 70b i PDS 70c recorda a Júpiter-Saturn, dos planetes gegants amb un reservori de matèria dins de les seves òrbites (on es podrien formar planetes semblants a la Terra) i fora de les seves òrbites (on es podrien formar altres gegants). PDS 70b es troba a 20 unitats astronòmiques (com Urà) mentre que PDS 70c orbita al voltant de 33 unitats astronòmiques (com Neptú). Júpiter i Saturn tenen tots dos molts satèl·lits ... que es van formar en un disc circumplanetari com l’observat al voltant de PDS 70c.
F: Quin és el següent pas de la vostra investigació? Veure sorgir una lluna d’aquest disc de pols?
MB: Amb els instruments que tenim actualment, és impossible observar una lluna en aquest disc de pols. Els nostres propers objectius són caracteritzar les propietats físiques i químiques del disc, és a dir, determinar les característiques d’aquesta pols i la composició química de la matèria propera als dos planetes i estudiar els mecanismes d’acreció de la matèria al planeta.
Clic per engrandir. Imatge del nostre veí Venus capturada per la sonda espacial japonesa Akatsuki. Crèdit: Isa,JAXA, Akatsuki, Meli thev
El fòsfor és essencial per a la vida tal com la coneixem a la Terra, ja que recordem que cada nucleòtid d’ADN està format per un grup fosfat (o àcid fosfòric) vinculat a un sucre, la desoxiribosa, que està sobre una base nitrogenada. Per tant, la columna vertebral de l’ADN està formada per la repetició de sucre-fosfat. El fòsfor es va descobrir en la composició del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko. El que suggereix que va ser el bombardeig de cometes i asteroides el que el va portar a una Terra primerenca.
Al nostre planeta blau, la fosfina és present a la nostra atmosfera i podem vincular la seva existència, amb les quantitats observades, a la de l’activitat dels bacteris anaeròbics. En un article anterior disponible a arXiv , la famosa exobiòloga Sara Seager (que va contribuir a l’article de Nature Astronomy), havia argumentat amb els seus col·legues que la presència de fosfina en una atmosfera d’un planeta terrestre del tipus terrestre podria constituir un argument per a l'existència de formes de vida, que constituiria l'única explicació plausible de la presència de les molècules de PH3 en determinades quantitats. En un altre article, on va explicar que s’havien descobert microorganismes als núvols de la Terra, va desenvolupar, sempre amb els seus col·legues, reflexions i un model de cicle de vida d’aquestes formes vives, a l’atmosfera de Venus.
La condició que posa en joc un entorn associat a un planeta de tipus terrestre és important per donar pes a aquest argument. De fet, l’atmosfera de Júpiter conté fosfina i això fa temps que no sorprèn ningú perquè la seva presència s’explica molt bé mitjançant processos abiòtics. Per tant, cal tenir precaució, com veurem aviat, quan parlem de biosignatures. Com que aquesta noció no està exempta de problemes i necessita ser manipulada amb cura, és difícil assegurar-se que certes molècules només es puguin produir per l'activitat de les formes de vida.
Però, com podrien sobreviure els microorganismes, fins i tot els extremòfils, a l’atmosfera de Venus?. És un infern amb una pressió a la superfície d’unes 90 atmosferes i sobretot temperatures d’uns 450°C, sense oblidar els núvols responsables de les pluges d’àcid sulfúric.
Certament, però sabem que algunes de les capes de l’atmosfera superior de Venus presenten condicions més suaus, és a dir, temperatures i pressions comparables a les de l’atmosfera temperada de la Terra i que fins i tot s’han trobat gotes d'aigua líquida, tant que els russos i els nord-americans es van plantejar seriosament establir-hi colònies amb globus. Tanmateix, si en aquestes capes han d’existir temperatures de l’ordre de 30°C, els models de les mesures relatives a l'atmosfera de Venus suggereixen que els núvols allà serien molt rics en àcid sulfúric, un 90% contra un 5% en entorns terrestres on els extremòfils sobreviuen malgrat tot. Per tant, l’existència de microorganismes a Venus no és evident.
Clic per engrandir. Composició artística de Venus amb molècules de fosfina.
Una altra pregunta que es pot plantejar és la de l’origen d’aquestes formes de vida. De fet, fa temps que es sospita que Venus no sempre era un infern i que fa uns mil milions d’anys era habitable. Les formes de vida microscòpiques que potser existeixen actualment a la seva atmosfera podrien ser vestigis de les formes de vida venusianes originals. També podem pensar que són contaminacions molt terrestres, provocades pels meteorits, si creiem una mica en la teoria de la panspèrmia.
En qualsevol cas, podríem provar aquesta teoria amb missions a Venus que ja estan planificades i que, per exemple, podrien introduir un dirigible a l'atmosfera de Venus per dur a terme anàlisis que podrien resultar concloents. Per exemple, penseu en una missió russa en estudi, Venera-D.
Què opina Franck Selsis, molt conegut pel seu treball sobre exoplanetes i, en particular, per la recerca de biosignatures, de la publicació de Nature Astronomy?. Li vam preguntar i aquí teniu els seus comentaris. L’astrofísic Franck Selsis estudia les atmosferes planetàries i l’exobiologia.
El descobriment científic més gran de la història?
Aquí hi ha algunes observacions que em semblen importants, després dels comunicats de premsa que anunciaven ressaltant un possible marcador vital, el que també s’anomena sovint biosignatura a Venus, és a dir, l’observació de fosfina (PH3) a l'atmosfera venusiana:
Detectar un o més components senzills com la fosfina (PH3), el metà (CH4), l’ oxigen (O2) o l’ozó (O3) a l’atmosfera d’un planeta o mesurar-ne la quantitat, no es pot considerar per si mateixa una biosignatura.
Siguem precisos sobre el vocabulari: una biosignatura o un biomarcador no és una cosa que possiblement estigui relacionada amb la vida, és una "prova" inequívoca que la vida n'està implicada.
Per tant, anunciar la detecció d’una biosignatura en un altre planeta és anunciar el descobriment científic més gran de la història. Malauradament, ja no comptem aquests anuncis en particular en la història de l’exploració marciana.
Efectivament la vida pot produir una molècula, però la presència d'aquesta molècula no implica l'existència de vida.
Entenem que això és la vida?. No! Enfrontar-se a un fenomen que no s’entén immediatament és molt comú en la ciència i, afortunadament, perquè és la principal motivació i font d’entusiasme en la investigació.
Afirmar que una propietat deriva d’un procés biològic implica comprendre i demostrar amb precisió la seva naturalesa i no haver destacat una “anomalia”, és a dir, una observació de moment sense explicació. Per exemple, si veig una llum inusual al cel, potser no tinc cap explicació sobre el fenomen, però afirmar que es tracta d’un vaixell extraterrestre requeriria dades sòlides que demostrin que això és el que és.
Per tant, hem de tenir precaució amb aquest comunicat de premsa sobre la fosfina venusiana, per no trobar-nos en una postura que no seria diferent de la que consisteix a cridar una invasió alienígena perquè veiem una llum inusual al cel.
Què significaria "trobar una biosignatura" observant un altre planeta?
Que disposem d’un conjunt d’informació força detallada sobre la composició i les condicions físiques d’aquest planeta, la seva irradiació per l’estrella, la seva desgasificació volcànica, etc. Tanmateix, aquesta condició encara no es compleixen per a Venus, els processos atmosfèrics i els intercanvis entre la superfície i l'atmosfera encara són poc coneguts.
Que aquest conjunt de propietats és inexplicable només pels processos fisicoquímics i geofísics i que aquesta conclusió aconsegueix consens en la comunitat científica. De moment només hi ha una publicació.
Que proposem la hipòtesi que els metabolismes poden estar en l’origen de l’anomalia observada [hem saltat directament a aquesta etapa] i que aquesta hipòtesi s’acompanya d’un conjunt de proves observacionals, és a dir, de conseqüències implicades per la hipòtesi i verificables per l'observació.
Que aquesta hipòtesi es manté davant de les proves observacionals proposades i de totes les noves observacions disponibles, però també davant de teories alternatives, fins a la possible etapa (assolible o no?). Quan la comunitat consideri que aquesta hipòtesi biològica està ben confirmada.
Clic per engrandir. Imatge de Venus lliure dels núvols. Crèdit NASA
