L’estranya òrbita dels discos protoplanetaris en estrelles binàries

Els astrònoms que utilitzen l’Atacama Large Millimeter/submillimeter  Array (ALMA) han trobat sorprenents geometries orbitals en discos  protoplanetaris al voltant de les estrelles binàries.

Tot i que els discos que orbiten els sistemes estel·lars binaris més compactes comparteixen gairebé el mateix pla, els discos que envolten sistemes binaris amplis tenen plans orbitals molt inclinats. D’aquests sistemes en podem aprendre molt sobre la formació de planetes en entorns complexos.

En les dues darreres dècades, s’han trobat milers de planetes orbitant estrelles diferents del nostre Sol. Alguns d’aquests planetes orbiten dues estrelles, igual que la casa de Luke Skywalker, “Tatooine“. Els planetes neixen en discos protoplanetaris – ara tenim meravelloses observacions d’aquests gràcies a ALMA – però la majoria dels discos estudiats fins ara orbiten estrelles simples. Els exoplanetes “Tatooine” es formen en discos al voltant d’estrelles binàries, els anomenats discos circumbinaris.

Estudiar els llocs de naixement dels planetes “Tatooine” ofereix una oportunitat única per conèixer com es formen els planetes en diferents entorns. Els astrònoms ja saben que les òrbites de les estrelles binàries poden deformar i inclinar el disc al seu voltant, donant com a resultat un disc circumbinari desalineat en relació amb el pla orbital de les seves estrelles amfitriones. Per exemple, en un estudi del 2019 dirigit per Grant  Kennedy de la Universitat de Warwick, Regne Unit, ALMA va trobar un impactant disc circumbinari en una configuració polar.

“Amb el nostre estudi, volíem obtenir més informació sobre les geometries típiques dels discos circumbinaris”, va dir l’astrònom Ian Czekala de la Universitat de Califòrnia a Berkeley. Czekala i el seu equip van utilitzar dades ALMA per determinar el grau d’alineació de dinou discs  protoplanetaris al voltant d’estrelles binàries. “Les dades ALMA d’alta resolució eren crucials per estudiar alguns dels discos circumbinaris més petits i tènues”, va dir Czekala.

Els astrònoms van comparar les dades ALMA dels discos circumbinaris  amb la dotzena de planetes “Tatooine” que s’han trobat amb el telescopi espacial Kepler. Per a la seva sorpresa, l’equip va comprovar que el grau en què les estrelles binàries i els seus discos circumbinaris estan desalineats depèn molt del període orbital de les estrelles amfitriones. Com més curt sigui el període orbital de l’estrella binària, més probabilitats hi ha de tenir un disc alineat amb la seva òrbita. Tot i això, els binaris amb períodes superiors a un mes acostumen a allotjar discs desalineats.

“Veiem un clar encavalcament entre els discos petits, que orbiten binaris compactes i els planetes circumbinaris trobats amb la missió de Kepler”, observa Czekala.

Com que la missió primària de Kepler va durar 4 anys, els astrònoms només van poder descobrir planetes al voltant d’estrelles binàries que s’orbiten els uns als altres en menys de 40 dies. I tots aquests planetes estaven alineats amb les òrbites de les seves estrelles amfitriones. Un misteri persistent era si hi podia haver molts planetes mal alineats que Kepler tindria difícil de trobar.

“Amb el nostre estudi, ara sabem que probablement no hi ha un gran nombre de planetes desalineats que Kepler no hagi trobat, ja que els discos circumbinaris al voltant d’estrelles binàries molt properes també s’alineen normalment amb els seus amfitrions estel·lars”, va afegir Czekala.

Tot i això, basant-se en aquesta troballa, els astrònoms conclouen que els planetes mal alineats al voltant d’estrelles binàries haurien de ser allà fora i que seria emocionant de buscar-les amb altres mètodes de cerca d’exoplanetes com la imatge directa i la microlent gravitatòria. (La missió Kepler de la NASA va utilitzar el mètode de trànsit, que és una de les maneres de trobar un planeta.)

Ara Czekala vol esbrinar per què hi ha una correlació tan gran entre la desalineació del disc i el període orbital d’estrelles binàries. “Volem utilitzar instal·lacions existents i properes com ALMA i la propera generació  Very Large Array per estudiar estructures de discos a nivells de gran precisió”, va dir, “i intentar entendre com afecten els discos deformats o inclinats en la formació de l’entorn del planeta i en la formació de planetes en aquests discos.”

“Aquesta investigació és un bon exemple de com es basen nous descobriments en observacions anteriors”, va dir Joe Pesce, responsable de programes de la Fundació Ciència Nacional per a NRAO i ALMA. “Les noves tendències en l’estudi de discos circumbinaris només ha sigut possible gràcies als arxius dels programes d’observació duts a terme per la comunitat ALMA en cicles anteriors.”

(Font: spacedaily.com)