Proxima Centauri y la historia de los cinturones de polvo.

El descubrimiento de cinturones de polvo en Proxima Centauri hace necesario entender mejor su historia. De esta manera, podemos enmarcar el hallazgo en su contexto.

Espectacular imagen de Fomalhaut tomada por el HST. Se puede apreciar la evolución del planeta Fomalhaut b. (Fuente: NASA)

En los años 80 no se conocían planetas en otras estrellas distintas del Sol. El único sistema planetario estudiado hasta entonces era el Sistema Solar. Fue entonces cuando algo empezó a cambiar, con la puesta en órbita de IRAS, el primer telescopio infrarrojo.

La sorpresa llegó enseguida, cuando los instrumentos del nuevo telescopio IRAS se estaban calibrando. Para ello, se enfocó a Vega, una estrella bien conocida, de la que no se esperaban sorpresas. Cuando apareció un exceso en el infrarrojo muchos pensaron que era un defecto fatal del dispositivo. Sin embargo, tras muchos test se verificó que el telescopio funcionaba correctamente.

El telescopio espacial IRAS detectó lo que se llama “un exceso en el infrarrojo”. Es decir, en el espectro de distribución de energía de una estrella aparecía un flujo en el infrarrojo superior al esperado.

Y, además, la estrella Vega no era la única; había otras más, muchas más. Por si fuera poco, en 1984 se consiguió obtener la primera imagen del disco que rodeaba a la estrella Beta Pictoris.

En unos años había cuatro famosas estrellas en las que se tomaron imágenes de discos. Las llamaron “Las Cuatro Fantásticas (The Fantastic Four)”: Beta Pictoris, Vega, Fomalhaut y Epsilon Eridani.

Imagen del planeta de Beta Pictoris b (Centro) sobre la imagen del disco de debris de la estrella (Fuente: ESO. Crédito: Lagrange, 2008).

Se comprendió enseguida que los discos de escombros (debris) eran el remanente del proceso de formación del sistema planetario, en el que ya no quedaba gas. En estos discos de escombros se producían colisiones en cascada que terminaban produciendo un polvo que emitía intensamente en el infrarrojo.

Llegaron nuevos telescopios espaciales en el infrarrojo medio y lejano, como el ISO, que en los 90 amplió el número de estrellas que mostraban un “exceso en el infrarrojo”.

La llegada del telescopio Spitzer aportó nuevas imágenes de discos durante su fase criogénica (2003-2009). Fue capaz de resolver el disco que rodeaba a muchas estrellas. Pero fue realmente Herschel (2009-2013), con su apertura de 3,5 metros, el telescopio espacial que permitió que ahora se conozcan cientos de discos de escombros (debris) similares comparables con nuestro cinturón de Kuiper.

Imagen del disco de Epsilon Eridani en la banda submilimétrica. (Fuente: SCUBA. JCMT. Jane Greaves.)

Muchas de la estrellas grandes (A) tienen discos. La mejora de las técnicas de imagen de alto contraste permitió identificar planetas en ellas: Fomalhaut, Beta Pictoris, HR 8799, HD 95086, etc. proporcionando imágenes espectaculares.

Esquema del sistema Epsilon Eridani comparado con el Sistema Solar. (Fuente: NASA JPL Caltech)

En las estrellas pequeñas (M) apenas se detectaban discos. Quizá si los hay, pero no son lo suficientemente grandes para poder detectarlos. Estaba el caso de GJ 581 y Au Mic.

En las estrellas del tipo solar (FGK) los resultados estadísticos eran que un 16%-22% podían tener discos. Parece que hay cierta correlación entre la presencia de discos y planetas pequeños. Resultaba que las estrellas con exoplanetas no muy grandes (< 100 masas terrestres) suelen tener discos. En las que tenían gigantes gaseosos se sospecha que de alguna forma los destruyen. Tengamos en cuenta (modelo de Niza) que posiblemente los gigantes gaseosos dejaron el Cinturón de Kuiper en un 1% de lo que fue en su origen.

Tau Ceti, 82 G. Eridani (HD 20794), 61 Vir, HD 69830, HD 38858 son casos de estrellas del tipo solar con discos y posibles planetas pequeños. Hay casos más difíciles, como Epsilon Eridani, que parece que tiene un gigante gaseoso y enormes cinturones.

Actualmente, los telescopios espaciales en el infrarrojo IRAS, ISO, el Spitzer criogénico y Herschel han dejado de funcionar. Sin embargo, ahora tenemos a ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) un sistema interferométrico de antenas instaladas en el desierto de Atacama.

Imagen del disco de HR 8799, sistema famoso por tener 4 planetas obtenidos por Imagen de al ta resolución (Fuente: NASA JPL_Caltech)

Cuando se obtienen imágenes en el infrarrojo lejano la localización del verdadero anillo, con los planetesimales, no es clara. Y es que en el infrarrojo se ve el polvo que generan las colisiones entre los cuerpos y este polvo se mueve por, por ejemplo, la radiación o el viento estelar. ALMA sin embargo, estudia el polvo en la escala del milímetro y es sensible a partículas más grandes que los telescopios infrarrojos, De esta manera, los resultados estarán más cerca de la localización real de los discos de escombros.

Imagen de un disco protoplanetario obtenida con ALMA. No confundir con un disco de escombros (Debris), que describe una fase posterior a la formación de planetas (Fuente: ALMA)

Y conociendo realmente bien dónde están los cinturones de planetesimales se pueden identificar resonancias o procesos que permitan intuir dónde están los planetas.

Y ahora volvamos sobre Proxima Centauri:

• Los cinturones detectados en Proxima Centauri son bastante débiles. El cinturón principal (1-4 UA), podría tener una masa similar al Cinturón de Kuiper. 
• Para confirmar el disco más externo (30 UA) se necesita más información pero, si se confirma, sería un extraño cinturón no comparable con nada del Sistema Solar. Se han detectado casos parecidos, como el cinturón de la cercana estrella Groombridge 1618. Esta estrella tiene un extraño anillo muy frío.
• El extraño objeto a 1,6 UA hace volar nuestra imaginación. La posibilidad de que sea un gran planeta que, por su lejanía, haya pasado desapercibido para las campañas de velocidad radial no deja de ser sugerente, aunque quizá debería tener menos de 100 masas terrestres. Seamos cautos. Tenemos el ejemplo de la estrella con planetas (55 Cancri), en la que se detectó un “exceso en el infrarrojo” con IRAS que luego (en 2002) terminaron siendo galaxias lejanas que aparecían en el fondo. Es verdad. Estas situaciones que se produjeron con IRAS son mucho menos probables con un sistema de la potencia de ALMA. No obstante, sería muy interesante estudiar nuevamente el sistema con ALMA, para ver si los objetos siguen mostrándose pasados unos meses.
• Los resultados del equipo Red Dots deberían mostrarnos si es posible confirmar la presencia de ese planeta Proxima c, que podría estar relacionado con el más interior y caliente de los cinturones (0,4 UA) 

Finalizando, lo único que tengo claro es que el sistema de Proxima Centauri renueva su interés. Cada vez me emociona más.

Sigamos atentos.

Relación sistemas resueltos a menos de 10 parscs (33 años luz). Se echan de menos Groombridge 1634 (4 parsecs) y 82 G. Eridani (6 pasecs). Quizá el autor considera que no se ha alcanzado un resolución completa de esos discos.

(Fuente: https://www.circumstellardisks.orgp)

2011. Herschel detecta débiles cinturones con una luminosidad reducida, similar a la del Cinturón de Kuiper, pero mucho más fríos. Entre otras, destaca la cercana estrella Groombridge 1618.
https://arxiv.org/abs/1110.4826

2012. Wyatt resuelve con Herschel el disco de la cercana estrella 61 Vir usando el telescopio Herschel. Además analiza la relación entre la presencia de discos y planetas.
https://arxiv.org/abs/1206.2370

2014. Herschel observa el disco de Tau Ceti.
https://arxiv.org/abs/1408.02791

2015. Kennedy muestra los discos de algunas estrellas cercanas (incluyendo la cercana estrella 82 G. Eridani) analizando la relación entre los discos y sus planetas.
https://arxiv.org/abs/1503.02073

2016. Montesinos explica que un 22% de las estrellas del tipo solar (FGK) podrían tener discos. La introducción del paper es muy interesante.
https://arxiv.org/abs/1605.05837

2016. ALMA observa el cercano sistema Tau Ceti.
https://arxiv.org/abs/1607.02513

2017. ALMA observa el cercano sistema Epsilon Eridani.
https://arxiv.org/abs/1705.01560

2017. ALMA observa el disco de 61 Virginis, un sistema con exoplanetas.
https://arxiv.org/abs/1705.01944

2017. Estudio del disco de Fomalhaut con ALMA.
https://arxiv.org/abs/1705.05867

2017. Cinturones de polvo en Proxima Centauri con ALMA.
https://arxiv.org/abs/1711.00578

Fuentes: Exoplanetas