Luz exozodiacal: para detectar exotierras con imagen directa (VIDEO)

Utilizando toda la capacidad del VLTI (Very Large Telescope Interferometer), un equipo internacional de astrónomos ha descubierto luz exozodiacal cerca de las zonas habitables de nueve estrellas cercanas. Se trata de luz estelar reflejada por el polvo creado tras la colisión de asteroides y la evaporación de cometas. En el futuro, la presencia de cantidades tan abundantes de polvo en las regiones interiores que rodean a algunas estrellas, podría representar un obstáculo a la hora de obtener imágenes directas de planetas como la Tierra.

Utilizando el VLTI (Very Large Telescope Interferometer) en el rango del infrarrojo cercano [1], este equipo de astrónomos observó 92 estrellas para investigar la luz exozodiacal proveniente del polvo caliente cercano a sus zonas habitables, combinando después los nuevos datos con observaciones anteriores [2]. La brillante luz exozodiacal, creada por los resplandecientes granos de polvo exozodiacal caliente o por el reflejo de la luz de las estrellas sobre estos granos, se observó en nueve de las estrellas seleccionadas.

En la Tierra, en lugares de cielos oscuros y limpios, la luz zodiacal parece un débil y blanco resplandor difuso que puede divisarse en el cielo nocturno al final del  crepúsculo o antes del amanecer. Se origina por el reflejo de la luz solar sobre partículas diminutas y parece extenderse desde las cercanías del Sol. Esta luz reflejada no sólo se observa desde la Tierra, sino que puede observarse desde todo el Sistema Solar.

El resplandor que se observa en este nuevo estudio es una versión más extrema del mismo fenómeno. Aunque esta luz exozodiacal — luz zodiacal alrededor de otros sistemas estelares — había sido detectada previamente, este es el primer estudio sistemático a gran escala de este fenómeno alrededor de estrellas cercanas.

En contraste con observaciones anteriores, el equipo no observó polvo que en un futuro acabará formando planetas, sino que observó el polvo creado por las colisiones entre planetas pequeños, de unos pocos kilómetros de tamaño — objetos llamados planetesimales, similares a los asteroides y cometas del Sistema Solar. Este tipo de polvo también es el origen de la luz zodiacal en el Sistema Solar.

\’Si queremos estudiar la evolución de planetas similares a la Tierra cercanos a la zona de habitabilidad, tenemos que observar el polvo zodiacal en esas regiones alrededor de otras estrellas\’, afirma Steve Ertel, autor principal del artículo e investigador de ESO y de la Universidad de Grenoble (Francia). \’La detección y caracterización de esta clase de polvo alrededor de otras estrellas es una forma de estudiar la arquitectura y la evolución de sistemas planetarios”.

Para poder detectar el polvo (que emite muy débilmente) cerca de la deslumbrante estrella central, es necesario llevar a cabo observaciones de alta resolución con alto contraste. La interferometría — que combina la luz recogida exactamente al mismo tiempo por varios telescopios diferentes — con luz infrarroja es, hasta ahora, la única técnica que permite descubrir y estudiar este tipo de sistemas.

Utilizando las capacidades del VLTI y llevando el instrumento a sus límites (en términos de precisión y eficiencia), el equipo fue capaz de alcanzar un nivel de rendimiento diez veces mejor que el de otros instrumentos disponibles en el mundo.

Para cada una de las estrellas, el equipo utilizó los telescopios auxiliares de 1,8 metros para proporcionar luz al VLTI. Allí donde se encontraba fuerte luz exozodical, fueron capaces de resolver por completo los extensos discos de polvo y separar su débil resplandor de la luz dominante de la estrella [3]. 

Analizando las propiedades de las estrellas rodeadas por un disco de polvo exozodiacal, el equipo descubrió que la mayoría del polvo detectado se encontraba alrededor de las estrellas más viejas. Este sorprendente resultado plantea algunas preguntas relacionadas con nuestra comprensión de los sistemas planetarios. Se sabe que cualquier producción de polvo conocida, causada por las colisiones de planetesimales, debe disminuir con el tiempo, ya que se reduce el número de planetesimales a medida que son destruidos.

La muestra de objetos observados también incluyó 14 estrellas en torno a las cuales se han detectado exoplanetas. Todos estos planetas están en la misma región del sistema en la que se encuentra el polvo en los sistemas que presentan luz exozodiacal. La presencia de la luz exozodiacal en sistemas con planetas puede suponer un problema para futuros estudios astronómicos de exoplanetas.

La emisión de polvo exozodiacal, incluso a niveles bajos, hace mucho más difícil la detección de planetas similares a la Tierra con imagen directa. La luz exozodiacal detectada en este estudio es un factor 1.000 veces más brillante que la luz zodiacal vista alrededor del Sol. El número de estrellas que contengan luz zodiacal a los niveles del Sistema Solar es probablemente mucho mayor que los números que arroja el sondeo. Estas observaciones son sólo un primer paso para estudios más detallados de la luz exozodiacal.

\’El alto porcentaje de detección a este nivel tan brillante, sugiere que debe haber un importante número de sistemas que contengan polvo más débil, imperceptible en nuestros sondeos, pero mucho más brillante que el polvo zodiacal del Sistema Solar\’, explica Olivier Absil, coautor del artículo e investigador de la Universidad de Lieja. \’La presencia de este polvo en muchos sistemas podría ser un obstáculo para futuras observaciones que tengan como objetivo hacer imágenes directas de exoplanetas tipo Tierra\’.

Notas

[1] El equipo utilizó el instrumento visitante PIONIER, instalado en el VLTI, que es capaz de conectarse interferométricamente a cuatro telescopios auxiliares o a los cuatro Telescopios Unitarios del VLT, en el Observatorio Paranal. Esto proporcionó, no solo una resolución extremadamente alta de los objetos observados, sino que también permitió una alta eficiencia de las observaciones.

[2] Anteriormente, se llevaron a cabo observaciones con el conjunto CHARA — un interferómetro óptico operado por el CHARA (Center for High Angular Resolution Astronomy, centro para la gran resolución angular) de la Universidad Estatal de Georgia— y su combinador de haz de fibras FLUOR.

[3] Como subproducto, estas observaciones también han contribuido al descubrimiento de nuevas e inesperadas compañeras estelares que orbitan alrededor de algunas de las estrellas más masivas de la muestra. \’Estas nuevas compañeras sugieren que debemos revisar nuestra comprensión actual sobre cuántas de estas estrellas son, en realidad estrellas dobles\’, concluye Lindsay Marion, autora principal de un artículo científico adicional, centrado en este trabajo complementario, utilizando los mismos datos.

Información adicional

Este trabajo de investigación se ha presentado en el artículo “A near-infrared interferometric survey of debris-disc stars. IV. An unbiased sample of 92 southern stars observed in H-band with VLTI/PIONIER”, por S. Ertel et al., que aparece en la revista Astronomy & Astrophysics.

El equipo está formado por S. Ertel (Universidad de Grenoble Alpes, Francia; ESO, Chile); O. Absil (Universidad de Lieja, Bélgica); D. Defrère (Universidad de Arizona, EE.UU.); J.-B. Le Bouquin (Universidad Grenoble Alpes); J.-C. Augereau (Universidad Grenoble Alpes); L. Marion (Universidad de Lieja); N. Blind (Instituto Max-Planck para el estudio de la Física Extreterrestre, Garching, Alemania); A. Bonsor (Universidad de Bristol, Reino Unido); G. Bryden (Instituto de Tecnología de California, Pasadena, EE.UU.); J. Lebreton (Instituto de Tecnología de California); y J. Milli (Universidad Grenoble Alpes).