Astrónomos han descubierto enormes nubes de polvo producto de violentas colisiones alrededor de una estrella cercana.
Los sistemas estelares jóvenes son escenarios de colisiones violentas entre rocas, cometas, asteroides y objetos más grandes, a medida que el polvo y el hielo de una nebulosa estelar se condensan para formar planetas y lunas. Sin embargo, se espera que las colisiones más grandes sean raras a lo largo de los cientos de millones de años que tarda en formarse un sistema planetario, quizás una vez cada 100.000 años.
Ahora, los astrónomos han presenciado las secuelas de dos potentes colisiones en un período de 20 años alrededor de una estrella cercana llamada Fomalhaut.
Estas observaciones, ya sea por pura suerte o como indicio de que las colisiones son más frecuentes de lo predicho durante la formación planetaria, son significativas.
Los eventos, el primero detectado en 2004 y el segundo capturado por imágenes en 2023, representan las primeras colisiones entre objetos grandes que se han observado directamente en cualquier sistema solar fuera del nuestro.
Las observaciones de Fomalhaut de 2023 se detallan en un artículo publicado en la revista Science.
“Hemos sido testigos de lo que creemos que es un evento de colisión entre dos cuerpos similares a cometas en el sistema Fomalhaut”, afirma el coautor Maxwell Millar-Blanchaer, profesor asistente en el departamento de física de UC Santa Barbara.
“Este es un proceso evolutivo fundamental en los sistemas planetarios jóvenes que es difícil de observar en tiempo real.”
La nube de polvo expulsada por ese violento evento refleja la luz de la estrella anfitriona.
“No vemos los dos objetos que chocaron entre sí, pero sí las secuelas de este enorme impacto”, explica Paul Kalas, profesor adjunto de astronomía en UC Berkeley. A lo largo de decenas de miles de años, añade, el polvo alrededor de Fomalhaut “brillaría con estas colisiones”, como fuegos artificiales.
Kalas comenzó a buscar un disco de polvo alrededor de Fomalhaut en 1993, con la esperanza de observar los restos de la formación planetaria. La estrella, ubicada a solo 25 años luz de la Tierra, es joven, con unos 440 millones de años, y sirve como un modelo de cómo se veía nuestro sistema solar en sus primeros años. Gracias al Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA, finalmente encontró un disco de este tipo alrededor de la estrella y, en 2008, informó del descubrimiento de un punto brillante cerca del disco que probablemente era un planeta, el primero que se capturaba directamente en longitudes de onda ópticas. Lo llamó Fomalhaut b, siguiendo la convención de nomenclatura para exoplanetas.
Ese descubrimiento planetario ahora se ha convertido en polvo.
“Este es un nuevo fenómeno, una fuente puntual que aparece en un sistema planetario y luego desaparece lentamente durante 10 años o más”, explica Kalas refiriéndose a la nube de polvo. “Se está haciendo pasar por un planeta porque los planetas también parecen pequeños puntos que orbitan alrededor de estrellas cercanas.”
Basándose en el brillo de los eventos de 2004 y 2023, los objetos que colisionaron tienen al menos 30 kilómetros (18 millas) de diámetro, al menos el doble del tamaño del objeto que chocó con la Tierra hace 66 millones de años y provocó la extinción de los dinosaurios no aviares. Objetos de este tamaño se denominan planetesimales, objetos similares en tamaño a muchos de los asteroides y cometas de nuestro sistema solar, pero mucho más pequeños que un planeta enano como Plutón.
Con 440 millones de años, Fomalhaut es mucho más joven que nuestro sistema solar. Sin embargo, los astrónomos esperan que nuestro sistema solar también estuviera lleno de planetesimales chocando entre sí a esa edad.
“Ese es el período que estamos observando, cuando las cosas están siendo craterizadas por estas violentas colisiones o incluso destruidas y reensambladas en objetos diferentes”, dice Kalas. “Es como mirar hacia atrás en el tiempo, a ese período violento de nuestro sistema solar cuando tenía menos de mil millones de años.”
“El sistema Fomalhaut es un laboratorio natural para investigar cómo se comportan los planetesimales cuando sufren colisiones, lo que a su vez nos dice de qué están hechos y cómo se formaron”, afirma el coautor Mark Wyatt, teórico y profesor de astronomía en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido.
“Lo emocionante de esta observación es que nos permite estimar tanto el tamaño de los cuerpos que colisionaron como cuántos de ellos hay en el disco, información que es casi imposible obtener por otros medios.”
Estima que hay alrededor de 300 millones de objetos alrededor de Fomalhaut del tamaño de los que colisionaron para generar estas brillantes nubes de polvo. Observaciones previas de la estrella detectaron la presencia de gas de monóxido de carbono, lo que indica que estos planetesimales son ricos en volátiles y, por lo tanto, muy similares en composición a los cometas helados de nuestro sistema solar, explica.
Fomalhaut, ubicada dentro de la constelación austral de Piscis Austrinus, es 16 veces más luminosa que nuestro sol y una de las estrellas más brillantes del cielo. Después de que Kalas comenzara a observarla con el HST en 2004, descubrió un gran cinturón de escombros polvorientos a una distancia de 133 unidades astronómicas (UA) de la estrella, más de tres veces la distancia de la estrella al Cinturón de Kuiper en nuestro sistema solar. Una UA es la distancia promedio entre la Tierra y el sol, o 93 millones de millas.
El borde interior pronunciado del cinturón sugería que había sido esculpido por planetas. Después de una segunda observación en 2006, Kalas concluyó que un punto brillante en el cinturón exterior visible tanto en las imágenes de 2004 como en las de 2006 era, de hecho, un planeta. Reconoció en ese momento que podría ser una nube de polvo muy brillante causada por una colisión en el disco, pero la probabilidad de eso parecía muy baja.
Kalas pudo programar cuatro observaciones de seguimiento de Fomalhaut con el HST en 2010, 2012, 2013 y 2014. Sin embargo, en la última, Fomalhaut b no se encontró por ninguna parte. Nueve años después, después de tres intentos fallidos de capturar imágenes de Fomalhaut con el HST, obtuvo una nueva imagen que reveló otro punto brillante no muy lejos del primero, ahora denominado Fomalhaut cs1 (fuente circunestelar 1). Sin embargo, basándose en su ubicación, el nuevo punto, Fomalhaut cs2, no podía ser una reaparición de Fomalhaut cs1. Debido a la pausa de nueve años entre 2014 y 2023, no está claro cuándo apareció Fomalhaut cs2.
En el nuevo artículo, un equipo internacional de astrónomos analizó la imagen de Fomalhaut de 2023 y una imagen posterior, aunque de menor calidad, obtenida en 2024, y concluyó que solo podía ser luz reflejada de una nube de polvo producida por la colisión de dos planetesimales.
Inicialmente, Fomalhaut cs1 se movió como un exoplaneta, pero en 2013 su trayectoria se curvó alejándose de la estrella. Este tipo de movimiento sería posible para partículas muy pequeñas impulsadas hacia afuera por la presión de radiación de la luz estelar. La aparición de cs2 apoya la idea de que cs1 era, de hecho, una nube de polvo.
Kalas compara estos eventos con la nube de polvo generada en 2022 cuando la misión DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA chocó contra la luna Dimorphos, que orbitaba el asteroide Didemos. Los investigadores estiman que la nube alrededor de Fomalhaut es aproximadamente mil millones de veces más grande.
No esperaban observar la segunda colisión en absoluto. “Todo el equipo se sorprendió enormemente”, dice Millar-Blanchaer de la UCSB. “Originalmente estábamos tratando de detectar el evento de colisión original de hace décadas.”
Kalas ha recibido tiempo durante los próximos tres años para utilizar la Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam) del Telescopio Espacial James Webb y el HST para observar Fomalhaut y rastrear la evolución de la nube para ver si se expande en tamaño y determinar su órbita. Ya es un 30% más brillante que Fomalhaut cs1. Observaciones adicionales en agosto de 2025 confirmaron que cs2 todavía es visible.
En anticipación a futuras misiones espaciales para capturar imágenes directas de exoplanetas, Kalas advierte a los astrónomos que estén atentos a las nubes de polvo que se hacen pasar por planetas.
“Estas colisiones que producen nubes de polvo ocurren en todos los sistemas planetarios”, dice. “Una vez que empecemos a sondear estrellas con telescopios futuros sensibles como el Observatorio de Mundos Habitables, que tiene como objetivo capturar imágenes directas de un exoplaneta similar a la Tierra, debemos tener cuidado porque estos puntos débiles de luz que orbitan una estrella pueden no ser planetas.”
Otros coautores del artículo son de UC Berkeley; Northwestern University en Illinois; UCLA; el Observatorio Europeo Austral en Chile; el Instituto Max Planck de Astronomía en Alemania; la Universidad de Cambridge; y la Universidad de Warwick en el Reino Unido.
El apoyo para el trabajo provino de la NASA.
Robert Sanders de UC Berkeley contribuyó a esta historia.
Fuente: UC Santa Barbara
