Los astrónomos ven fuegos artificiales provenientes de violentas colisiones alrededor de una estrella cercana

Los sistemas estelares jóvenes son un lugar de colisiones violentas. Rocas, cometas, asteroides y objetos más grandes se desprenden unos de otros y se fusionan, convirtiendo gradualmente el polvo y el hielo primordiales de una nebulosa estelar en planetas y lunas. Sin embargo, se espera que las mayores de estas colisiones sean raras durante los cientos de millones de años que se necesitan para formar un sistema planetario, tal vez una cada 100.000 años.

Representación artística de una colisión entre dos planetesimales en el disco de escombros alrededor de una estrella joven. Colisiones como estas ocurren a lo largo de cientos de millones de años a medida que el gas y el polvo se fusionan lentamente formando planetas y lunas. Crédito de la imagen: Thomas Müller (MPIA/HdA)

Ahora, los astrónomos han visto las consecuencias de dos poderosas colisiones en un período de 20 años alrededor de una estrella cercana llamada Fomalhaut. Estas son observaciones afortunadas o una señal de que las colisiones son más frecuentes de lo previsto durante la formación de planetas.

Los eventos (el primero se detectó en 2004 y el segundo en 2023) son las primeras colisiones entre objetos grandes fotografiados directamente en cualquier sistema solar fuera del nuestro.

«Acabamos de presenciar la colisión de dos planetesimales y la nube de polvo que surge de ese violento evento, que comienza a reflejar la luz de la estrella anfitriona», dijo Pablo Kalasprofesor adjunto de astronomía en la Universidad de California, Berkeley, y primer autor del informe. «No vemos directamente los dos objetos que chocaron entre sí, pero podemos detectar las consecuencias de este enorme impacto».

Durante decenas de miles de años, dijo, el polvo alrededor de Fomalhaut “brillaría con estas colisiones”, como luces navideñas parpadeantes.

Kalas comenzó a buscar un disco de polvo alrededor de Fomalhaut en 1993, con la esperanza de ver por primera vez los restos que quedaron después de la formación del planeta. A sólo 25 años luz de la Tierra, la estrella es joven (tiene unos 440 millones de años) y representa cómo era nuestro sistema solar en sus años de formación. Gracias al Telescopio Espacial Hubble (HST) de la NASA, finalmente encontró un disco de este tipo alrededor de la estrella y, en 2008, informó haber encontrado un punto brillante cerca del disco que probablemente era un planeta, el primero en ser fotografiado directamente en longitudes de onda visibles. Lo llamó Fomalhaut b, según la convención de nomenclatura para exoplanetas.

Ese descubrimiento de planeta ahora se ha convertido en polvo. Lo que pensó que era un planeta probablemente era la nube de polvo levantada por la colisión de planetesimales.

«Este es un fenómeno nuevo, una fuente puntual que aparece en un sistema planetario y luego, al cabo de 10 años o más, desaparece lentamente», dijo. «Se hace pasar por un planeta porque los planetas también parecen puntos diminutos que orbitan alrededor de estrellas cercanas».

Según el brillo de los eventos de 2004 y 2023, los objetos en colisión tienen al menos 60 kilómetros (37 millas) de diámetro, al menos cuatro veces más grandes que el objeto que chocó con la Tierra hace 66 millones de años y acabó con los dinosaurios. Los objetos de este tamaño se conocen como 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.

«Fomalhaut es mucho más joven que el sistema solar, pero cuando nuestro sistema solar tenía 440 millones de años, estaba lleno de planetesimales que chocaban entre sí», dijo Kalas. «Ese es el período de tiempo que estamos viendo, cuando pequeños mundos están siendo llenos de cráteres con estas violentas colisiones o incluso siendo destruidos y reensamblados en diferentes objetos. Es como mirar hacia atrás en el tiempo, en cierto sentido, a ese período violento de nuestro sistema solar cuando tenía menos de mil millones de años».

Las observaciones de Fomalhaut de 2023 se analizan en un papel publicado en línea el 18 de diciembre en la revista Ciencia.

«El sistema Fomalhaut es un laboratorio natural para estudiar cómo se comportan los planetesimales cuando sufren colisiones, lo que a su vez nos dice de qué están hechos y cómo se formaron», dijo el colega de Kalas. Marcos Wyattteórico y profesor de astronomía en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido. «Lo interesante de esta observación es que nos permite estimar tanto el tamaño de los cuerpos en colisión 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 anteriores de la estrella detectaron la presencia de gas 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, dijo.

Nubes de polvo disfrazadas de exoplanetas

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 observarlo con el HST en 2004, descubrió un gran cinturón de escombros polvorientos a una distancia de 133 unidades astronómicas (AU) de la estrella, más de tres veces la distancia de la estrella que el Cinturón de Kuiper está del sol en nuestro sistema solar. Una UA es la distancia promedio entre la Tierra y el Sol, o 93 millones de millas.

Una imagen compuesta del Telescopio Espacial Hubble del cinturón de polvo alrededor de la brillante estrella Fomalhaut (oscurecida en el centro) que muestra las ubicaciones de los puntos brillantes detectados en múltiples imágenes de 2004 a 2013 (cs1) y en dos imágenes en 2023 y 2024 (cs2). En el recuadro, la nube de polvo cs1, fotografiada en 2012, se muestra con la nube de polvo cs2, fotografiada en 2023. Los astrónomos ahora piensan que estas fueron causadas por colisiones de objetos grandes que produjeron una nube de polvo que refleja la luz de las estrellas. Crédito de la imagen:
Pablo, Asa, Pablo pudo ir, y Pablo pudo hacer tlases.

Para Kalas, el afilado borde interior del cinturón sugería que había sido esculpido por planetas. Después de una segunda observación en 2006, concluyó que un punto brillante en el cinturón exterior visible en las imágenes de 2004 y 2006 era, de hecho, un planeta. Reconoció en ese momento que podría tratarse de una nube de polvo muy brillante provocada por una colisión en el disco, pero la probabilidad de que ocurriera parecía muy baja.

Kalas pudo programar cuatro observaciones de seguimiento del HST de Fomalhaut, en 2010, 2012, 2013 y 2014. Sin embargo, en la última, Fomalhaut b no apareció por ninguna parte. Nueve años más tarde, después de tres intentos fallidos de obtener imágenes de Fomalhaut con el HST, obtuvo una nueva imagen que reveló otro punto brillante no muy lejos del primero, que ahora se conoce como Fomalhaut cs1, para la fuente circunestelar 1. Sin embargo, según su ubicación, el nuevo punto, denominado Fomalhaut cs2, no podría ser una reaparición de Fomalhaut cs1. Debido a la pausa de nueve años entre las observaciones de 2014 y 2023, no está claro cuándo apareció Fomalhaut cs2.

En el nuevo artículo, Kalas y un equipo internacional de astrónomos analizaron la imagen de Fomalhaut de 2023 y una imagen posterior, aunque pobre, obtenida en 2024, y concluyeron que sólo podía ser luz reflejada por una nube de polvo producida por la colisión de dos planetesimales.

Kalas observó que al principio Fomalhaut cs1 se movía como un exoplaneta, pero en 2013 su trayectoria se había alejado de la estrella. Este tipo de movimiento sería posible para partículas muy pequeñas que fueran empujadas hacia afuera por la presión de radiación de la luz de las estrellas. La aparición de cs2 apoya la idea de que cs1 era en realidad una nube de polvo.

Kalas compara estos eventos con la nube de polvo generada en 2022 cuando la misión DART (Prueba de redirección de doble asteroide) de la NASA se estrelló contra la luna Dimorphos, que orbitaba alrededor del asteroide Didemos. La nube alrededor de Fomalhaut es aproximadamente mil millones de veces más grande, estimó el equipo.

A Kalas se le ha concedido 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 realizadas en agosto de 2025 confirmaron que cs2 todavía es visible.

Anticipándose a futuras misiones espaciales para obtener imágenes directas de exoplanetas, Kalas advirtió a los astrónomos que estuvieran atentos a las nubes de polvo disfrazadas de planetas.

«Estas colisiones que producen nubes de polvo ocurren en todos los sistemas planetarios», dijo. «Una vez que comencemos a sondear estrellas con futuros telescopios sensibles como el Observatorio de Mundos Habitables, cuyo objetivo es obtener imágenes directas de un exoplaneta similar a la Tierra, debemos ser cautelosos porque estos débiles puntos de luz que orbitan alrededor de una estrella pueden no ser planetas».

Fuente: Universidad de Berkeley