“Los nuevos enfoques que hemos desarrollado para recopilar estos datos e imágenes son como cambiar las gafas de lectura por binoculares de alta potencia: revelan un nivel de detalle completamente nuevo en estos sistemas de formación planetaria”, afirmó Richard Teague, investigador principal del proyecto exoALMA. “Observamos evidencia de discos altamente perturbados y dinámicos, lo que sugiere claramente que los planetas jóvenes están moldeando los discos en los que nacen “. El equipo se centró en 15 sistemas estelares jóvenes para cartografiar en detalle los movimientos del gas con el fin de descubrir los procesos que forman los sistemas planetarios y, en ciertos casos, identificar signos reveladores de la formación planetaria, como huecos y anillos en los discos de polvo alrededor de las estrellas, movimientos giratorios en el gas causados ​​por la gravedad de un planeta y cambios físicos en el disco que podrían indicar la presencia de un planeta.  

A diferencia de los métodos tradicionales de búsqueda de planetas, que buscan la luz directa de un planeta joven, exoALMA investiga los efectos que los planetas tienen en su entorno . Este enfoque permite a los astrónomos detectar potencialmente planetas mucho más jóvenes que nunca. «Es como intentar detectar un pez observando las ondas en un estanque, en lugar de intentar ver al pez en sí», añade Christophe Pinte (Instituto de Astrofísica y Planetología de Grenoble, Universidad de Monash), colíder del equipo de exoALMA. 

El equipo enfatizó los desafíos técnicos que implica procesar cantidades masivas de datos para producir imágenes tan nítidas. “Desarrollamos nuevas técnicas para alinear con precisión las observaciones tomadas en diferentes momentos y eliminar el ruido y las distorsiones no deseados”, explicó el Dr. Ryan Loomis (NSF NRAO), quien dirigió la publicación sobre el procesamiento de datos. “Tuvimos que combinar y depurar cuidadosamente los datos para revelar todos los detalles sutiles”.  

Estos nuevos enfoques de calibración y el desarrollo de técnicas de procesamiento y análisis de datos personalizadas del proyecto exoALMA mejorarán la capacidad de los astrónomos para mapear el proceso de formación de planetas en aspectos críticos: 

• Mayor resolución y sensibilidad : Las observaciones proporcionan una combinación sin precedentes de datos de alta resolución angular (100 mas, o 14 au a las distancias típicas de las fuentes) y espectral (26 m/s) de emisión de gases de discos protoplanetarios, lo que permite a los astrónomos detectar estructuras y movimientos sutiles que revelan procesos clave de formación de planetas. 

• Múltiples trazadores moleculares : al observar simultáneamente las emisiones de 12CO, 13CO y CS, los astrónomos pueden explorar diferentes capas verticales y condiciones físicas dentro de los discos. 

• Técnicas mejoradas de imágenes y calibración : los cuidadosos procedimientos de alineación, autocalibración e imágenes desarrollados permiten obtener imágenes de mayor fidelidad con menos artefactos, lo que posibilita una detección más confiable de las características reales del disco. 

• Desarrollo y validación de métodos numéricos y analíticos : el perfeccionamiento de nuevas técnicas de análisis junto con esfuerzos de evaluación comparativa exhaustivos garantizan que toda la información se extraiga con precisión de los datos, mientras que las simulaciones ofrecen predicciones sólidas para ser probadas.  

Gracias a estas nuevas técnicas y al exquisito conjunto de datos, el equipo de exoALMA logró cartografiar la estructura de densidad, temperatura y velocidad de los discos de formación planetaria con un detalle sin precedentes. «Este amplio programa permitió un estudio sistemático de la estructura tridimensional de muchos de estos discos, lo que proporcionó información clave sobre las propiedades físicas del entorno de formación planetaria», afirma Myriam Benisty (Instituto Max Planck de Astronomía en Heidelberg), colíder del equipo de exoALMA. «Otro aspecto emocionante de esta investigación es que la mayor parte del trabajo fue realizado por investigadores al inicio de su carrera, quienes escribieron 12 de los 17 artículos que publicamos», añade Misato Fukagawa (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), colíder del programa. 

Entre los resultados más destacados de esta primera versión del programa exoALMA, el equipo de investigación arrojó luz sobre varias cuestiones pendientes relacionadas con la formación de los planetas. El estudio demostró inequívocamente que los discos protoplanetarios son entornos altamente dinámicos que presentan un sorprendente nivel de estructura en sus distribuciones de gas, comparable al de sus homólogos de polvo. 

La extracción de los perfiles de velocidad de rotación, con una precisión típica de 10 m/s, reveló sutiles desviaciones de la rotación kepleriana , lo que indica que las modulaciones de presión en el disco impulsan el arrastre de grandes granos de polvo hacia los anillos observados en todos los discos. De forma similar a lo logrado con las curvas de rotación de galaxias completas para medir la masa de los halos de materia oscura, el equipo logró estimar la influencia gravitacional del propio disco, lo que permitió un enfoque novedoso para determinar la masa disponible para la formación de planetas , evaluando métodos alternativos que aprovechan los flujos lineales. 

Finalmente, exoALMA proporciona los primeros conocimientos sobre los mecanismos físicos clave que intervienen durante las primeras etapas de la formación de análogos del sistema solar al revelar interacciones dinámicas con compañeros o planetas, así como inestabilidades complejas. 

“Es a través de este análisis conjunto del gas y el polvo que se está arrojando luz sobre los procesos que están activos dentro de un disco protoplanetario y que pueden ser responsables de excitar la estructura tan comúnmente observada”, comenta Stefano Facchini, codirector de exoALMA con sede en la Universidad de Milán. 

De cara al futuro, el proyecto exoALMA promete revolucionar la comprensión científica sobre cómo interactúan los planetas con sus entornos natales y abordar el desafío de las fuentes altamente asimétricas, como lo revela el complejo patrón cinemático bidimensional de estos discos. Los primeros hallazgos de exoALMA se publican en una serie de artículos en The Astrophysical Journal Letters. Todos los datos e imágenes se pondrán a disposición del público para apoyar futuros descubrimientos científicos. 

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El equipo estuvo dirigido por Richard Teague (MIT), Myriam Benisty (MPIA, Université Côte d’Azur), Stefano Facchini (Università degli Studi di Milano), Misato Fukagawa (NAOJ), Christophe Pinte (Université Grenoble Alpes, Monash University) 

Los resultados del estudio se pueden encontrar en la página web de exoALMA y en el repositorio Astrophysical Journal Letters.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) de Estados Unidos, socio de ALMA en representación de América del Norte. 

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón, en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus Estados miembros, por la NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) de Taiwán, y por el NINS en cooperación con la Academia Sínica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA están lideradas por ESO en nombre de sus Estados Miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) proporciona la dirección y la gestión unificadas de la construcción, puesta en marcha y operación de ALMA. 

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