Las estrellas brillantes recién nacidas como el sol nacen rodeadas por un disco giratorio de gas y polvo que los astrónomos llaman discos de acreción protoplanetarios, y estos discos circundantes contienen los preciosos ingredientes de los que finalmente emergen la familia de planetas y otros objetos de la estrella bebé. De hecho, un disco de acreción protoplanetario puede considerarse como un disco de acreción para la estrella bebé en sí, porque los gases y otros materiales pueden caer desde el borde interior del disco hacia la superficie de la joven estrella hambrienta. Durante décadas, los astrónomos han estado tratando de descubrir la fuente de un tipo misterioso de tenue luz de microondas que fluye desde una serie de regiones a través de nuestra Vía Láctea. Estas extrañas emisiones de luz de microondas, llamadas emisión anómala de microondas (AME) emanan de la energía liberada al girar rápidamente nanopartículas, que son pequeños fragmentos de materia que son tan pequeños que no pueden ser detectados por microscopios comunes. En junio de 2018, un equipo de astrónomos anunció sus hallazgos de que algunos de los diamantes más pequeños del Cosmos, fragmentos de carbono cristalino cientos de miles de veces más pequeños que un grano de arena, se han detectado girando alrededor de un trío de sistemas estelares recién nacidos. en nuestra galaxia Estas piedras preciosas microscópicas no son tan preciosas ni tan raras como los diamantes en la Tierra. Sin embargo, son un tesoro para los astrónomos que los identificaron como la fuente del misterioso “resplandor” cósmico de microondas que fluye de varios discos de acreción protoplanetarios en nuestra galaxia

Para tener una idea de cuán pequeñas son las nanopartículas, el período en una página impresa promedio es de aproximadamente 500,000 nanómetros de ancho.

“Aunque sabemos que algún tipo de partícula es responsable de esta luz de microondas, su fuente precisa ha sido un enigma desde que se detectó por primera vez hace casi 20 años”, explicó la Dra. Jane Greaves en un 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde. El Dr. Greaves es astrónomo en la Universidad de Cardiff en Gales y autor principal de un artículo que anuncia este resultado publicado en Astronomía de la naturaleza. los Telescopio Robert C. Byrd Green Bank está ubicado en Green Bank, West Virginia, y es el radiotelescopio completamente orientable más grande del mundo. El sitio del Green Bank era parte de Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) hasta el 30 de septiembre de 2018.

Hasta este estudio, los astrónomos consideraron hidrocarburos policíclicos aromáticos (HAP) ser el culpable más probable detrás de esta misteriosa emisión de microondas. HAP representan una clase de moléculas basadas en el carbono que se encuentran en todo el espacio entre las estrellas. Estas moléculas pueden identificarse por la luz infrarroja (IR) distinta, aunque débil, que envían al espacio. Nanodiamantes–especialmente los nanodiamantes hidrogenados (aquellos ricos en moléculas que contienen hidrógeno en sus superficies) – también emiten naturalmente en la porción infrarroja del espectro electromagnético, pero a una longitud de onda diferente.

Remolinando, girando Discos de acreción protoplanetarios

Baby stars, llamadas protostars, nacen principalmente dentro de los pliegues secretos y rizados de uno de los numerosos gigantes, fríos, oscuros nubes moleculares que persiguen a nuestra Vía Láctea como fantasmas encantadores. Estas nubes enormes y frías se componen principalmente de hidrógeno molecular. Cuando un blob acunado dentro de un nube molecular logra alcanzar un tamaño crítico, masa o densidad, comienza a colapsar bajo su propia gravedad poderosa. Como la gota que se derrumba, llamada nebulosa solar, se vuelve más y más denso bajo la incesante atracción de la gravedad, los movimientos aleatorios de gas, que originalmente estaban presentes en la nube natal, comienzan a promediarse a favor de la dirección de la nebulosa solar momento angular. La conservación del momento angular hace que la rotación aumente mientras que, al mismo tiempo, el radio de la nebulosa disminuye Esto hace que la nube se aplaste en forma de panqueque. Imagine la forma en que una masa de pizza se aplana y luego toma la forma de un disco. El colapso inicial lleva unos 100.000 años. Después de que ha transcurrido ese tiempo, la estrella alcanza una temperatura de superficie similar a la de un Secuencia principal (quema de hidrógeno) estrella de la misma masa, y ahora es visible.

Así es como una estrella parecida al sol se convierte en un tipo de niño estelar llamado T Tauri. Lo que queda del gas y el polvo de la nube natal, después de que se ha formado en el centro de una burbuja densa, pasa a la formación de la disco de acreción protoplanetario de donde emergen planetas, lunas y objetos más pequeños. En sus primeras etapas, discos de acreción son ardientes y extremadamente masivos, y pueden quedarse alrededor de su joven estrella durante diez millones de años antes de desaparecer, tal vez impresionados por el feroz T Tauri viento o, alternativamente, simplemente dejar de emitir radiación después de que la acumulación ha llegado a su fin. El mas antiguo disco protoplanetario conocido tiene unos 25 millones de años.

Discos de acreción protoplanetarios han sido descubiertos rodeando varias estrellas jóvenes en nuestra Vía Láctea. Observaciones recientes realizadas por el Telescopio Espacial Hubble (HST) han desvelado proplyds y discos planetarios formando dentro de la nebulosa de Orión. UNA proplyd es una abreviatura silábica de un disco protoplanetario ionizado. Proplyds son discos fotoevaporadores iluminados externamente que rodean estrellas jóvenes. Hay 180 proplyds habitando la nebulosa de Orión solo.

Discos protoplanetarios son estructuras delgadas, que tienen una altura vertical típica considerablemente más pequeña que el radio, así como una masa típica mucho más pequeña que la estrella joven central.

La masa de un típico disco protoplanetario Se compone principalmente de gas. Sin embargo, las motas de polvo también juegan un papel protagonista en un disco evolución. Las motas de polvo protegen el plano medio del disco de la radiación energética proveniente del espacio interestelar que forma una “zona muerta” en la que el inestabilidad magnetorrotacional (MRI) ya no funciona

Algunos astrónomos proponen que estos discos están formados por una envoltura turbulenta de plasma. Esto también se denomina “zona activa”, que contiene una extensa región de gas inactivo (la “zona muerta”). La “zona muerta” está situada en el plano medio, y puede ralentizar el flujo de materia a través del disco, lo que impide alcanzar un estado estable.

Espumoso T Tauri los bebés estelares tienen diámetros grandes que son varias veces mayores que los de nuestro Sol. Sin embargo, todavía se están reduciendo. A diferencia de los niños humanos, T Tauris encogerse a medida que crecen. Para cuando el niño estelar ha alcanzado esta etapa de desarrollo temprano, los materiales menos volátiles han comenzado a condensarse cerca del centro del disco circundante, creando granos de polvo muy finos y pegajosos. Las delicadas motas de polvo contienen silicatos cristalinos.

Los pequeños y pegajosos granos de polvo chocan entre sí y luego se fusionan en el denso disco de acreción protoplanetario medio ambiente. Como resultado, cada vez más grande y más grande, y mas grande se forman objetos: desde el tamaño de guijarros hasta el tamaño de la roca, el tamaño de la montaña, el tamaño de la luna y el tamaño del planeta. Estos objetos en crecimiento eventualmente se convierten en lo que se llama planetesimales–los bloques de construcción primordiales de los planetas. Planetesimales pueden alcanzar tamaños impresionantes de 1 kilómetro de diámetro, o incluso más grandes, y representan una población enorme dentro de un joven disco de acreción, girando alrededor de su brillante niño estelar. También pueden quedarse alrededor de su estrella el tiempo suficiente para que algunos de ellos sigan presentes miles de millones de años después de que haya surgido un sistema planetario maduro. En nuestro Sistema Solar, los asteroides son la reliquia rocosa y metálica. planetesimales que entró en la formación del cuarteto de planetas principales internos: Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. En contraste, los cometas son las sobras heladas y polvorientas de los congelados. planetesimales eso contribuyó a la aparición de los cuatro grandes planetas gaseosos gigantes de las regiones exteriores de nuestro Sistema Solar: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.

Se cree que algunas de las muchas lunas de Júpiter, Saturno y Urano se formaron a partir de análogos circumplanetarios más pequeños de Discos de acreción protoplanetarios. Decenas de millones de años después del nacimiento de nuestro Sistema Solar de 4.56 mil millones de años, los pocos internos unidades astronómicas (AU) de nuestro Sistema Solar probablemente albergaba docenas de cuerpos del tamaño de la Luna a Marte que se acumulaban y consolidaban en el cuarteto de sólidos internos planetas terrestres. Uno AU es equivalente a la separación promedio entre la Tierra y el Sol, que es de aproximadamente 93,000,000 millas.

Se cree que la Luna grande y hechizante de la Tierra nació después de un tamaño de Marte protoplaneta, llamado Theia, impactado oblicuamente proto-Tierra unos 30 millones de años después de la formación de nuestro Sistema Solar. Imagine lo que sucedería si Marte impactara la Tierra, para comprender la magnitud del evento catastrófico que probablemente formó el compañero lunar de la Tierra.

AME En el cielo con diamantes

Una serie de observaciones de astrónomos que utilizan Fundación Nacional de Ciencias Telescopio Green Bank (GBT) en Green Bank, West Virginia, y el Matriz compacta del telescopio de Australia (ATCA) han detectado, por primera vez, un trío de fuentes claras de lo misterioso AME luz: el discos protoplanetarios rodeando a las jóvenes estrellas conocidas como V892 Tau, HD 97048, y MWC 297. los GBT Visto V892 Tau y el ATCA observó los otros dos sistemas.

“Esta es la primera detección clara de emisión anómala de microondas procedente de discos protoplanetarios “ explicó el Dr. David Frayer en un 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde. El Dr. Frayer es coautor del artículo y astrónomo del Observatorio del Banco Verde.

El equipo de astrónomos también explicó que la luz infrarroja que sale de estos sistemas coincide con la firma única de los nanodiamantes. Otro discos de acreción protoplanetarios a lo largo de toda la galaxia, sin embargo, tienen la clara firma infrarroja de HAP pero no muestra signos de la AME ligero.

Esta observación indica fuertemente que HAP no son la fuente misteriosa de radiación de microondas anómala, como muchos astrónomos habían propuesto previamente. En cambio, nanodiamantes hidrogenados, que se forman naturalmente dentro de discos protoplanetarios y se ven en meteoritos en la Tierra son el origen más probable de AME luz en nuestra galaxia.

“En un método similar a Sherlock Holmes para eliminar todas las otras causas, podemos decir con confianza que el mejor candidato capaz de producir este brillo de microondas es la presencia de nanodiamantes alrededor de estas estrellas recién formadas”, comentó el Dr. Greaves el 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde. Con base en sus observaciones, los astrónomos estiman que hasta 1 a 2 por ciento del carbono total en estos discos protoplanetarios ha contribuido a la formación de nanodiamantes.

En las últimas décadas, evidencia de nanodiamantes dentro discos de acreción protoplanetarios ha crecido. Sin embargo, este estudio representa la primera conexión clara entre nanodiamantes y AME en cualquier entorno

Los modelos estadísticos también sugieren fuertemente la teoría de que los nanodiamantes son muy abundantes alrededor de las estrellas recién nacidas y son responsables de emisión anómala de microondas detectado allí. “Hay una posibilidad entre 10,000, o menos, de que esta conexión se deba a la posibilidad”, comentó el Dr. Frayer en el 11 de junio de 2018. Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde.

Para su estudio, los astrónomos utilizaron el GBT y ATCA para encuestar a 14 estrellas juveniles en nuestra galaxia, buscando indicios de emisión anómala de microondas. AME se observó claramente en 3 de las 14 estrellas, que también resultaron ser las únicas tres de las 14 que muestran la firma espectral IR de nanodiamantes hidrogenados. “De hecho, estas son tan raras que ninguna otra estrella tiene la impresión infrarroja confirmada”, comentó el Dr. Greaves en el Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde.

Este descubrimiento tiene algunas implicaciones intrigantes para el estudio de la cosmología y la búsqueda de evidencia de que nuestro Universo comenzó con un período de inflación–la expansión exponencial más rápida que la velocidad de la luz del espacio. Aunque no hay una señal conocida que pueda viajar más rápido que la luz en el vacío, el espacio en sí puede superar este límite de velocidad universal. Si, de hecho, inmediatamente después del nacimiento del Universo Big Bang hace casi 14 mil millones de años, se expandió a un ritmo que excedió enormemente la velocidad de la luz, un rastro de ese período de inflación debe observarse en una peculiar polarización de la Radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). los CMB es la radiación reliquia del Big Bang en sí. A pesar de que esta firma de polarización aún no se ha observado de manera concluyente, el trabajo de la Dra. Greaves y sus colegas brinda alguna esperanza de que algún día pueda serlo.

“Esta es una buena noticia para quienes estudian la polarización del fondo cósmico de microondas, ya que los nanodiamantes giratorios estarían débilmente polarizados en el mejor de los casos. Esto significa que los astrónomos ahora pueden hacer mejores modelos de la luz de microondas en primer plano de nuestra galaxia, que debe eliminarse para estudiar el resplandor distante del Big Bang “, explicó el Dr. Brian Mason en el 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Observatorio del Banco Verde. El Dr. Mason es astrónomo en el NRAO y coautor en el papel.

Los nanodiamantes probablemente se forman a partir de un vapor sobrecalentado de átomos de carbono en regiones de nacimiento de estrellas altamente energizadas. Esto es similar a los métodos industriales de creación de nanodiamantes en la Tierra.

En astronomía, los nanodiamantes juegan un papel especial porque su estructura produce lo que se llama un “momento dipolar”. Esta es una disposición de átomos que les permite emitir radiación electromagnética cuando giran. Debido a que estos diamantes son tan pequeños, pequeñas motas de polvo que giran dentro de un disco de acreción protoplanetario– pueden girar excepcionalmente rápido y emitir radiación en el rango de microondas en lugar del rango de longitud de onda del medidor, donde la radiación galáctica e intergaláctica probablemente lo ahogaría.

“Esta es una resolución fría e inesperada para el rompecabezas de la radiación anómala de microondas. Es aún más interesante que se obtuvo al observar discos protoplanetarios, arrojando luz sobre la característica química de los primeros sistemas solares, incluido el nuestro “, comentó el Dr. Greaves a la prensa el 11 de junio de 2018.

Futuros instrumentos de onda centimétrica, como el planificado Banda 1 receptores en ALMA y el Matriz muy grande de próxima generación, podrá estudiar este fenómeno con mucho mayor detalle. Ahora que hay un modelo físico y, por primera vez, una firma espectral clara, los astrónomos pueden esperar una gran mejora en su comprensión científica de este misterio.

La coautora del estudio, Dra. Anna Scaife de la Universidad de Manchester (Reino Unido) comentó en el 11 de junio de 2018 Comunicado de prensa del Green Bank que “Es un resultado emocionante. No es frecuente que te encuentres poniendo palabras nuevas a canciones famosas, pero ‘AME en el cielo con diamantes parece una forma reflexiva de resumir nuestra investigación “.