Se conoce como discos de escombros a los restos de la formación de estrellas y planetas. Estos objetos son análogos muy jóvenes al cinturón de Kuiper, que está en nuestro Sistema Solar, y están compuestos de planetesimales, como se les llama a los cuerpos del tamaño de Plutón. Esos planetesimales chocan entre sí y producen cuerpos cada vez más pequeños, hasta llegar a convertirse en granos de polvo muy similares a los granos de arena, de unos pocos micrómetros de tamaño.
Al observar los discos de escombros con instrumentos como SPHERE, instalado en el Very Large Telescope, es posible ver esos pequeños granos de polvo ya que la luz de la estrella es dispersada por ellos, revelando el disco gracias a esta luz dispersa. Entonces, si tapamos la estrella central, obtenemos bellas imágenes del polvoriento anillo.
Pero, ¿cuán grandes son realmente estos granos de polvo? ¿serán porosos y esponjosos o compactos y densos?
Buscando responder esta interrogante, un grupo internacional de astrónomos, liderado por Johan Olofsson, investigador asociado del Núcleo Milenio de Formación Planetaria, NPF, midió cuán eficientemente la luz de la estrella central es dispersada por los granos de polvo, lo que se conoce como “función de fase”. Esto puede verse incluso en la Tierra, cuando notamos que granos de tamaños parecidos, como la arena de las playas de Iquique y la de Isla Negra, reflejan la luz del Sol de un modo muy distinto.
Para realizar este trabajo, se comparó modelos con datos de observaciones realizadas por el equipo en el VLT, del Observatorio Europeo Austral, instalado en el norte de Chile. Esta investigación, en la que participó también la directora del NPF Amelia Bayo, fue publicada en la prestigiosa revista científica Astronomy & Astrophysics.
La función de fase se obtiene respecto del ángulo de dispersión, lo que no es otra cosa que el ángulo existente entre la estrella, los granos de polvo, y el observador (el telescopio). Midiendo esta eficiencia de dispersión a lo largo de todo el anillo, se recorren ángulos distintos y se puede determinar la forma de la función de fase entre esos ángulos. De este modo es posible precisar qué tipo de granos están presentes en el disco de los escombros.
“Presentamos un nuevo enfoque para determinar la función de fase. La forma en que se hace a menudo es medir el brillo del disco a lo largo del anillo, pero esto no es del todo correcto. Cuando la inclinación del disco aumenta, algunos de los granos de polvo superiores e inferiores comienzan a superponerse más y más, y esto se debe a que el disco no es plano, tiene una altura vertical”, explica Olofsson, quien también es investigador del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso y director del Max Planck Tandem Group (un acuerdo entre el Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg, Alemania, y la Universidad de Valparaíso).
En la animación, vemos a través de mayores distancias dentro del disco en la parte superior e inferior (el eje mayor del disco) en comparación con el medio (el eje menor).
La superposición de estos granos, explica el científico, hace que la densidad a lo largo del eje mayor se vea mayor, lo que no es real si no que se debe a un efecto de proyección por la inclinación. “Calculamos modelos más realistas de discos de escombros, en los que la altura vertical aumenta. En ellos, se puede ver que el eje mayor del disco se hace más brillante comparado con el eje menor. Esto es artificial, y se debe a la inclinación y la altura vertical del disco”, indica.
La técnica que se utilizó para medir la función de fase en esta investigación, considera el efecto artificial mencionado. “Nuestro enfoque fue obtener un primer modelo, en el que sólo calculamos la distribución de la densidad, para estimar cuánto cambia el brillo aparente del disco verticalmente”, dice Olofsson. Este modelo, agrega, se comparó con las observaciones realizadas con SPHERE del disco alrededor de la joven estrella HR 4796 .
Las diferencias entre ambos se usaron para estimar la función de fase real y, con ella, se pudo obtener un nuevo modelo que se ajusta mucho mejor a las observaciones.
“El disco alrededor de de HR 4796 es muy brillante y es un candidato perfecto para probar este enfoque. Encontramos que la función de fase es bastante diferente de los estudios previos que fueron publicados. Desafortunadamente todavía hay desafíos significativos para entender las propiedades de los granos de polvo en este disco, así que afortunadamente todavía tenemos muchas preguntas sin respuesta para seguir investigando”, finaliza.