Los anillos de polvo apuntan a exoplanetas


Simulaciones con supercomputadoras de NASA de los discos de polvo alrededor de una estrella como nuestro Sol muestran que los planetas tan pequeños como Marte pueden crear patrones que los futuros telescopios pueden ser capaces de detectar. La investigación abre una nueva avenida en la búsqueda de planetas habitables.

Un planeta del doble de la masa del nuestro forma una estructura de polvo en anillo en esta simulación
“Puede pasar un tiempo antes de que podamos detectar directamente planetas como la Tierra alrededor de otras estrellas, pero, antes de eso, seremos capaces de detectar los recargados y hermosos anillos que escarban en el polvo interplanetario”, dice Christopher Stark, el investigador que lideró el estudio en la Universidad de Maryland.



Trabajando con Marc Kuchner del Centro Espacial Goddard, Stark modeló cómo 25.000 partículas de polvo respondían a la presencia de un solo planeta -con masas desde la que posee Marte hasta cinco veces la masa de nuestro planeta- orbitando una estrella como nuestro Sol. Usando la supercomputadora Thunderhead de NASA, los científicos corrieron 120 simulaciones diferentes que variaban en tamaño de las partículas de polvo y la masa y distancia orbital del planeta.

“Nuestro modelo usa diez veces más partículas que simulaciones previas. Esto nos permitió estudiar el contraste y las formas de las estructuras de anillo”, indica Kuchner. De estos datos, los investigadores trazaron un mapa de la densidad, brillo y calor resultantes de cada conjunto de parámetros.

Mucho del polvo en nuestro sistema solar se forma dentro de la órbita de Júpiter, al despedazarse los cometas cerca del Sol y al colisionar los asteroides de todos los tamaños. El polvo refleja la luz solar y a veces puede ser vista como un brillo en el cielo, llamado Luz Zodiacal, antes de la salida del Sol o después de la puesta del astro.

luz zodiacal

Los modelos computacionales tienen en cuenta la respuesta del polvo a la gravedad y otras fuerzas, incluyendo la luz de la estrella. La luz estelar ejerce un pequeño tirón en las pequeñas partículas que las hace perder energía orbital y amontonarse más cerca de la estrella.

Las partículas, según explican los expertos, pueden quedar atrapadas en “resonancias” con el planeta. Una resonancia ocurre cuando el período orbital de las partículas es una pequeña proporción, como dos tercios o cinco sextos, de la del planeta.

Por ejemplo, si una partícula de polvo realiza tres órbitas alrededor de su estrella cada vez que el planeta completa una, la partícula repetidamente sentirá un tirón gravitacional extra en el mismo punto de su órbita. Este tirón extra puede compensar, por un tiempo, el arrastre de la luz estelar y el polvo puede establecerse en estructuras de tipo anillo.

“Las partículas espiralizan hacia la estrella, quedan atrapadas en una resonancia, salen de ella, continúan su espiral, quedan nuevamente atrapadas en otra resonancia y así sucesivamente”, explica Kuchner.

Algunos científicos notan que la presencia de grandes cantidades de polvo presenta un obstáculo en tomar imágenes directamente de planetas como el nuestro alrededor de otras estrellas. Futuras misiones espaciales, como el Telescopio Espacial James Webb de NASA, ahora bajo construcción y programado para su lanzamiento en 2013, y el propuesto “Buscador de Planetas Terrestres” (Terrestrial Planet Finder) estudiarán estrellas cercanas con discos de polvo. Los modelos creados por Stark y Kuchner da a los astrónomos una visión previa de las estructuras de polvo que indican la presencia de mundos, de otra forma ocultos.

“Nuestro catálogo ayudará a otros a inferir la masa y distancia orbital de un planeta, así como los tamaños predominantes de las partículas en los anillos”, añade Stark.

Stark realizó un “atlas” de las simulaciones del polvo exo-zodiacal, disponible online:Exozodi Simulation Catalog.

Thunderhead
El modelo computacional requiere de un gran superordenador para realizar los cálculos de las 25.000 partículas de polvo en cuestión.
Para esto, se utilizó un cluster llamado Thunderhead. Un cluster es un conjunto de computadoras conectadas en una red de alta velocidad, que se comportan como si fuesen un único sistema.
Thunderhead es un cluster de 512 procesadores localizado en el Centro Espacial Goddard. Cuenta con procesadores de 2.4 Ghz Pentium 4 Xeon, 256 Gb de memoria DDR, 20 Tb de disco y una red Myrinet de 2.2 Gbps.

Vista de frente de la estructura de polvo en la que los colores indican densidad

Fuente | Ultimas noticias del cosmos


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