Telescopio espacial Webb observa dos nuevos cinturones de polvo en la estrella Fomahault

La resolución sin precedentes en infrarrojo del telescopio espacial Webb ha revelado tres enormes cinturones de polvo alrededor de una estrella joven cercana, Fomalhaut.

El objetivo era estudiar el primer cinturón de asteroides visto fuera de nuestro sistema solar en luz infrarroja. Pero para su sorpresa, las estructuras polvorientas son mucho más complejas que los cinturones de asteroides y de Kuiper de nuestro sistema solar. En general, hay tres cinturones anidados que se extienden 23.000 millones de kilómetros de la estrella; eso es 150 veces la distancia de la Tierra al Sol. La escala del cinturón más externo es aproximadamente el doble de la escala del Cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar de cuerpos pequeños y polvo frío más allá de Neptuno. Los cinturones interiores, que nunca antes se habían visto, fueron revelados por Webb por primera vez.

Los cinturones rodean a la joven estrella caliente, que puede verse a simple vista como la estrella más brillante de la constelación austral Piscis Austrinus. Los cinturones de polvo son los desechos de las colisiones de cuerpos más grandes, análogos a los asteroides y los cometas, y se describen con frecuencia como "discos de desechos" a los que tenemos en nuestro propio sistema planetario", explica en un comunicado András Gáspár de la Universidad de Arizona en Tucson y autor principal de un nuevo artículo que describe estos resultados. "Al observar los patrones en estos anillos, podemos comenzar a hacer un pequeño boceto de cómo debería ser un sistema planetario, si pudiéramos tomar una imagen lo suficientemente profunda como para ver los posibles planetas".

El Telescopio Espacial Hubble y el Observatorio Espacial Herschel, así como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), han tomado previamente imágenes nítidas del cinturón más externo. Sin embargo, ninguno de ellos encontró ninguna estructura interior a la misma. Los cinturones interiores han sido resueltos por primera vez por Webb en luz infrarroja. "Donde Webb realmente sobresale es que somos capaces de resolver físicamente el brillo térmico del polvo en esas regiones internas. Entonces puedes ver cinturones internos que nunca antes pudimos ver", dijo Schuyler Wolff, otro miembro del equipo de la Universidad de Arizona.

Hubble, ALMA y Webb se están uniendo para ensamblar una vista holística de los discos de escombros alrededor de varias estrellas. "Con Hubble y ALMA, pudimos obtener imágenes de un montón de análogos del cinturón de Kuiper y hemos aprendido mucho sobre cómo se forman y evolucionan los discos externos", dijo Wolff. "Pero necesitamos que Webb nos permita obtener imágenes de una docena de cinturones de asteroides en otros lugares. Podemos aprender tanto sobre las regiones cálidas internas de estos discos como Hubble y ALMA nos enseñaron sobre las regiones externas más frías".

Es muy probable que estos cinturones estén tallados por las fuerzas gravitatorias producidas por planetas invisibles. De manera similar, dentro de nuestro sistema solar, Júpiter acorrala el cinturón de asteroides, el borde interior del cinturón de Kuiper está esculpido por Neptuno, y el borde exterior podría estar guiado por cuerpos aún no vistos más allá. A medida que Webb tome imágenes de más sistemas, aprenderemos sobre las configuraciones de sus planetas.

El anillo de polvo de Fomalhaut fue descubierto en 1983 en observaciones realizadas por el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS) de la NASA. La existencia del anillo también se ha inferido de observaciones anteriores y de mayor longitud de onda utilizando telescopios submilimétricos en Mauna Kea, Hawái, el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA y el Observatorio Submilimétrico de Caltech.

"Los cinturones alrededor de Fomalhaut son una especie de novela de misterio: ¿Dónde están los planetas?", dijo George Rieke, otro miembro del equipo y líder científico de EE.UU. para el Instrumento de infrarrojo medio (MIRI) de Webb, que realizó estas observaciones. "Creo que no es un gran salto decir que probablemente haya un sistema planetario realmente interesante alrededor de la estrella".

"Definitivamente no esperábamos la estructura más compleja con el segundo cinturón intermedio y luego el cinturón de asteroides más amplio", agregó Wolff. "Esa estructura es muy emocionante porque cada vez que un astrónomo ve un espacio y anillos en un disco, dice: '¡Podría haber un planeta incrustado dando forma a los anillos!'".

Webb también tomó imágenes de lo que Gáspár llama "la gran nube de polvo", que puede ser evidencia de una colisión que ocurre en el anillo exterior entre dos cuerpos protoplanetarios. Esta es una característica diferente de un supuesto planeta visto por primera vez dentro del anillo exterior por el Hubble en 2008. Las observaciones posteriores del Hubble mostraron que en 2014 el objeto había desaparecido. Una interpretación plausible es que esta característica recién descubierta, como la anterior, es una nube en expansión de partículas de polvo muy finas de dos cuerpos helados que chocaron entre sí.

Los resultados del equipo se publican en la revista Nature Astronomy.