Hubble confirma a Kant

En abril, la filosofía y la cosmología tienen la oportunidad de celebrar aniversarios conjuntos, aunque no será como esas celebraciones pomposas y multitudinarias donde todos asistimos solo por amor a la ceremonia, diciendo “salud”, sin saber muy bien por qué. (versión solo texto aquí)

La doble celebración podría ser más bien íntima o extremadamente temática como para historiadores de la filosofía y la ciencia y para astrónomos, pero también para quienes simplemente quieran saber cosas tan sencillas como de planetas, más bien pocos, aunque ciertamente los motivos  hayan podido  afectar las creencias de todas las personas, celebren o no, lo sepan o no y por eso, la premura para recordar los aniversarios, un mes antes, para que no nos agarren desprevenidos y, llegado el momento, saber si nos sumamos a ellos o no, evitando que nos pasen por el frente sin ser capaces siquiera de reconocerlos.

1.       La teoría de Kant sobre la formación de planetas (Kant nació el 22 de abril de 1796)

Immanuel Kant, en la historia del pensamiento es como un punto de transición  entre filosofía, pensamiento racional crítico y ciencia, la “teoría natural”. En ambas/entre ambas selló debates previos, por ejemplo, sobre el problema del conocimiento con su propia “revolución copernicana en la teoría del conocimiento” y su “principio  de autonomía” que llevó al terreno de nunca aceptar el imperativo de una autoridad como base ética.

Conforme lo precisa Popper en su ensayo “La Ciencia y la Crítica”, postuló, basado en la matemática y en la física de Isaac Newton, la “primera cosmología moderna, la teoría de los sistemas de estrellas y los sistemas de Vías Lácteas formulados por Kant”, en una obra titulada “Historia general de la naturaleza y teoría del cielo”, poco conocida en los anaqueles filosóficos pero muy estimada, con justa razón, en la investigación cosmológica.

Historia general de la naturaleza y teoría del cielo, (“Historia”) cuyo nombre completo es en realidad, “Historia general de la naturaleza y teoría del cielo. Ensayo sobre la Constitución y el Origen Mecánico del Universo. Tratado de Acuerdo a los principios de Newton” fue publicada en 1755, mucho antes que Kant publicara sus “Críticas a la Razón”, “Pura”, en 1781 y “Práctica” en 1788.

En 1796, fue publicada “Exposition du système du monde”, por Pierre-Simon Laplace que expuso la formación del sistema solar a partir de una nebulosa o remolino de polvo y gas, similar a la teoría de Kant de 1755. Con el tiempo, se habló de una sola teoría, la “teoría de Kant-Laplace, la “teoría de la nebulosa protosolar”, para explicar el origen del sistema solar.  

Sin embargo, la exposición de Laplace fue “más detallada  pero no más acertada”  que la de su predecesor. Además, 41 años de anticipación no pueden omitirse fácilmente. Por eso es que hoy se reconoce a Kant la paternidad de la teoría de la formación de los planetas y los astrónomos la consideran el fundamento básico para explicar el origen y desarrollo de los sistemas planetarios, debidamente contrastada, como lo veremos más adelante.

Kant era explícitamente atomista. En el prefacio de su obra de 1755 señala: “No negaré que la teoría de Lucrecio o de su predecesor, de Epicuro, Leucipo y Demócrito, tienen mucho parecido con la mía”. Reconoce que comparte con ellos “el estado primitivo de la naturaleza dentro de la dispersión general de la materia inicial de todos los cuerpos siderales o de los átomos, como los llaman ellos” y los registra como “autores de las doctrinas del nacimiento mecánico del Universo”.

Señaló que "una gravedad que impulsa aquellas partículas elementales a caer” que postuló Epicuro, no parecía muy distinta “de la atracción newtoniana que…presupongo”, él; de la misma manera reconoció que Epicuro “les dio también cierta desviación del movimiento rectilíneo de la caída…coincide aproximadamente con la alteración de la caída vertical tal como la deducimos de la fuerza repulsiva de las partículas”. Y termina diciendo:”Finalmente, los torbellinos que nacieron del difuso movimiento de los átomos, eran una parte principal en las doctrinas de Leucipo y Demócrito, y los encontraremos también en la nuestra”.

Kant mismo señaló que la diferencia fundamental entre el  sistema  de los atomistas y el suyo era la lógica subyacente. Mientras que en los primeros eran puras relaciones casuales, él las atribuyó a la “ley necesaria”, las leyes de Newton, las de la mecánica clásica, detrás de las cuales también reconoció una mano divina, una concesión al aún peligroso entorno inquisitivo de la época, aunque toda su teoría hizo innecesaria cualquier “mano de dios”, más aún porque en ella postuló la ilusión de las “estrellas fijas”, la extensión de su argumento a todo el universo (que no desarrolló) y la tesis de la existencia de vida en otros mundos (que si desarrolló).

Escribiría Kant : “queda una diferencia esencial entre la antigua cosmogonía y la presente”, la de él. “Ellos deducían todo orden perceptible en él, sólo del azar que hizo que los átomos concordasen de manera tan feliz que formaron un todo bien ordenado... llevaron la incongruencia al extremo de atribuir el origen de todos los seres animados precisamente a este accidental encuentro, deduciendo la razón efectivamente de la irracionalidad”.

En cambio, en su doctrina, Kant encontró “la materia atada a ciertas leyes necesarias. En su total disolución y dispersión, veo empezar el desenvolvimiento perfectamente natural de un todo hermoso y ordenado. Esto no ocurre por una casualidad u ocasionalmente, sino se observa que calidades naturales conducen necesariamente a ello…Por consiguiente, la materia que es la substancia inicial de todas las cosas, se halla ligada a ciertas leyes y abandonada libremente a ellas tendrá que producir necesariamente hermosas combinaciones. No tiene libertad de desviarse de este plan de la perfección. Encontrándose pues sometida a una intención suprema y sabia, necesariamente tendrá que haber sido colocada en tales condiciones armoniosas por medio de una causa primordial que la determina, y existe un Dios porque hasta en el caos la naturaleza no puede proceder de otra forma que regular y ordenadamente”.

En ese mismo prefacio Kant sintetizó; “Presumo la dispersión total de la materia del Universo y hago de ella un caos completo. Veo formarse la materia de acuerdo a las leyes definidas de la atracción y modificarse su movimiento por la repulsión. Me deleito en ver producirse, sin ayuda de ficciones arbitrarias, y ocasionado por las definidas leyes de movimiento, un todo bien ordenado que se asemeja tanto al sistema universal que vemos ante nuestros ojos, que no puedo abstenerme a considerarlo el mismo”.

En la primera parte de aquel libro, Kant escribirá algunas líneas que ponen en perspectiva su propia obra, así como la posterior labor de astrónomos e investigadores, telescopios terrestres y espaciales, en particular del Telescopio Espacial Hubble. Escribió: “Se abre aquí un vasto campo para descubrimientos, cuya llave la dará la observación. Las llamadas estrellas nebulosas y las que se duda en llamar así, tendrían que ser investigadas y examinadas siguiendo las indicaciones de esta teoría”.

El 19 de de febrero de 2015, 260 años después de aquella genial premonición, a propósito de la divulgación de una imagen doble de la estrella “Beta Pictoris” tomadas en 2007 y 2012, el Telescopio Espacial Hubble sintetizó así el aporte de Kant a la luz de los continuos descubrimientos que contrastaron su teoría: “Más de una década antes del hallazgo de planetas orbitando estrellas normales, el mundo de la astronomía estaba intrigado por el descubrimiento de un disco de polvo y gas vasto, en el borde plano en forma de pancake, que circulaba la estrella recien nacida Beta Pictoriss. Al parecer, para validar la hipótesis por el filósofo alemán Immanuel Kant, hace 230 años, que nuestro sistema solar nació cuando los planetas se condensaron a partir de material nebular en el plano de tal disco“.

No fue la primera vez que el HST reconoce a Kant. Desde la última década del siglo pasado cuando empezaba a ser notorio que aquellos discos alrededor de estrellas eran más comunes de lo que se pensaba, el Hubble, que había contribuido a generar esa imagen con sus propios descubrimientos, reconocía ya e se valor: “En 1994, Hubble descubrió decenas de discos de polvo alrededor de estrellas jóvenes en la gran nebulosa de Orión. Apodado "proplyds" estos discos son ampliamente considerados como precursores de los sistemas planetarios de pleno derecho. Estos discos se propusieron en el siglo XVIII por Immanuel Kant para explicar el simple hecho de que todos los planetas del sistema solar se encuentran casi en el mismo plano y así nacieron de un disco primordial que proporciona la materia prima para el crecimiento planeta”.

Un reconocimiento que se repitió en enero de 1996, después de que el HST descubriera evidencia de un planeta alrededor de la estrella “Beta Pictoris”: “Descubierto en 1983, el disco de Beta Pictoris hace tiempo ha sido considerado una reliquia de la formación de planetas. En 1775 el filósofo Immanuel Kant propuso la hipótesis nebular de la formación planetaria para explicar el hecho de que las órbitas de los planetas se encuentran casi en el mismo plano. Consideró estas órbitas coplanetarias ‘esqueleto’ de un disco primordial donde los planetas crecieron de partículas más pequeñas, "bola de nieve" en cuerpos más grandes - un proceso llamado aglomeración. (Observaciones del Hubble de la región de formación estelar de Orión encontrar estos discos son comunes en las primeras etapas de la formación de estrellas)”.

Desde la década de los noventa del siglo pasado, el Hubble ha proporcionado  evidencia de la existencia de discos similares de escombros, en más de sesenta estrellas jóvenes de menos de un millón de años de edad en la Nebulosa de Orion, alrededor de las estrellas AB Aurigae de entre 2 a 4 millones de años y de Fomalhaut, de 200 millones de edad, donde además encontró evidencia de un planeta.  También demostró que en la estrella Beta Pictoris no había uno sino dos discos protoplanetarios.

En  octubre de 2006, el HST también proporcionó evidencia definitiva de la existencia de un planeta entre la estrella “Epsilon Eridani” y su disco, siendo  la primera vez que se podía ver todo junto, el disco, el planeta y la estrella: “Hace más de 200 años, el filósofo Immanuel Kant propuso por primera vez que los planetas nacen a partir de discos de polvo y gas que giran alrededor de sus estrellas caseras....Ahora, el Telescopio Espacial Hubble de la NASA, en colaboración con los observatorios terrestres, tiene por fin confirmaron lo que Kant y los científicos han predicho desde hace tiempo: que los planetas se forman a partir de discos de polvo alrededor de estrellas”.

Fue la primera vez que se pudo ver todo junto, el disco, el planeta y la estrella, es decir, lo mismo que aquí, en nuestro Sistema Solar que sí, que afuera, más allá del último de nuestros planetas, realmente lejos, escombros, con nombres tan extraños como el Cinturón de Kuiper y la Nube de Oort que ni siquiera ha sido observada.

Más acá cometas, planetas enanos y planetas, incluyendo la Tierra, el planeta azul, el único donde hasta ahora se ha comprobado la existencia de vida. Y por supuesto, en el centro de todo, la estrella, nuestro Sol, con 4.6 billones de antigüedad, madura, no tan joven como las demás pero con el mismo sistema planetario y dinámica de desarrollo que ellas.

En esos términos, en general, desde Kant, a inicios del siglo XXI, la teoría aceptable para nuestro Sistema Solar es el siguiente. “Los astrónomos teorizan que cuando el Sistema Solar se formó hace unos 4,6 millones de años, todo el gas y el polvo se establecieron rápidamente en un disco plano. Este disco se cree que ha sido muy grande, unas 200.000 veces la distancia entre la Tierra y el Sol y extendido a una significativa distancia de la estrella más cercana. Con el tiempo, las órbitas de polvo y cometas en los alcances extremos del disco fueron transformados por tenues tirones gravitacionales provenientes de las estrellas cercanas que pasan, alterando la forma del disco hasta que los cometas más externos del disco forman una aura casi esférica o posiblemente como la de futbol, alrededor del sol (llamada la Nube de Oort en honor al astrónomo holandés que hipotetizó su existencia)”. La región interior del disco originalmente plano del Sistema Solar ha sido muy poco perturbada  por el tirón gravitacional de las estrellas cercanas y todavía parece haber permanecido esencialmente plano. Esa región interior se llama el Cinturón de Kuiper”.

En realidad, los sistemas planetarios han resultado ser más comunes de lo que se pensaba. Por supuesto, ello aumenta la posibilidad de encontrar vida, inteligente o no.  O que ella, la vida inteligente, nos encuentre a nosotros. Sería genial.

2.       Evidencia del Telescopio Espacial Hubble en favor de la teoría kantiana de la formación de planetas El Hubble fue lanzado al espacio el 24 de abril de 1990

a)      Beta Pictoris

Como ya mencionamos, el 19 de febrero de 2015 el Telescopio Espacial Hubble distribuyó una
doble imagen, tomadas en 2007 y 2012, del disco protoplanetario;alrededor de la estrella Beta Pictoris a 63 años luz de distancia, el más cercano de los discos conocidos similares; Beta Pictorisuna masa 1,8 veces superior a la del Sol y 9 veces más luminoso que él. Una estrella joven, de unos 20 millones de años de edad, frente a los 4.6 billones de nuestro Sol.

The photo at the bottom is the most detailed picture to date of a large, edge-on, gas-and-dust disk encircling the 20-million-year-old star Beta Pictoris. The new visible-light Hubble image traces the disk in closer to the star to within about 650 million miles of the star (which is inside the radius of Saturn's orbit about the Sun). When comparing the latest images to Hubble images taken in 1997 (top), astronomers find that the disk's dust distribution has barely changed over 15 years despite the fact that the entire structure is orbiting the star like a carousel. The Hubble Space Telescope photo has been artificially colored to bring out detail in the disk's structure.Credit: NASA, ESA, and D. Apai and G. Schneider (University of Arizona).  February 19, 2015 02:00 PM

Alrededor de ella existe ese disco; un “disco de acreción”, es decir, donde el crecimiento es por adición de materia a partir de coaliciones y evaporaciones;  delgado y plano; de 200 billones de millas de diámetro; inclinado de canto hacia la Tierra; de “escombros circunestelares”, más bien “muy polvoriento” posiblemente por coaliciones de fragmentos o de asteroides en su interior; especialmente brillante debido a una gran cantidad de dispersión de luz estelar en él. Orbita la estrella, como un “carrusel majestuoso” cada 18 y 22 años, más o menos como el radio de la órbita de Saturno alrededor del Sol. La imagen de 2012 obtenida por el HST se considera la imagen más detallada obtenida de aquel disco. Fu descubierto en 1983/1984 por el Satélite IRAS que también descubrió un anillo similar en la estrella Vega.

Por su luminosidad, por su posición ante la Tierra y por su cercanía, el disco de Beta Pictoris es el más estudiado de todos los anillos similares conocidos. Hoy se le considera el “primer y mejor ejemplo de un joven sistema planetario”, similar al del Sistema Solar en sus inicios.

Las imágenes distribuidas en febrero forman parte de una tradición de estudios del HST que se remontan al menos a 1991 cuando las observaciones realizadas a Beta Pictoris por el Goddard High Resolution Spectrograph, a bordo del HST, posibilitaron una imagen artística de extraordinaria belleza, donde se describía su disco de gas, “incrustado en lo profundo de un disco mucho más amplio de partículas de polvo…”. Ese mismo año observaciones espectroscópicas del HST encontraron evidencia de cometas que frecuentemente caen en él.

This is an artist's concept of the near stellar environment of the star Beta Pictoris. This illustration is based upon recent observations made with the Goddard High Resolution Spectrograph aboard the Hubble Space Telescope.This illustration shows three major components of the near stellar region, which is roughly the size of our inner Solar System. The reddish center ring (C) is a diffuse gas disk, which has a stable orbit around the star. This ring surrounds an inner disk (D) of gas which is slowly drifting toward the star. The white "comet-like" features in this bluish disk are dense streams of gas spiraling down the star gravitational potential "well." The outer filamentary structures (A&B), first detected by the Space Telescope, may be an expanding gas halo, or foreground features seen in the local interstellar medium. Credit: Dana Berry (STScI). May 17, 1991 12:00 AM Source: Hubblesite.org

En octubre de 1995, una imagen del HST de la Beta Pictoris mostró claramente una parte del disco de polvo que le rodeaba. En ese momento se estimó que el espesor del disco no debería ser mayor de 600 millones de kilómetros, cuatro veces más delgado que lo estimado con imágenes desde la Tierra

Source: Hubblesite.or

En aquel mismo año de 1995 pero en enero, la primera imagen, tomada por la “Wide Field Planetary Camera 2” del HST de la región interior del disco de polvo, llamó la atención del Dr. Christopher Burrow, del Space Telescope Science Institute, que notó una “deformación inesperada”, un “bulto inusual” en la región interna del disco ubicado en una zona despegada de unos 5 billones de millas, hacia el centro de él.

This image was taken with the Wide Field Planetary Camera 2 in January 1995. The star is located 50 light-years away in the southern constellation Pictor (Painter's Easel). Beta Pictoris is a main sequence star, slightly hotter than our Sun.Credit: Chris Burrows, Space Telescope Science Institute (STScI) the European Space Agency (ESA), J. Krist (STScI), the WFPC2 IDT team, and NASA

Burrows concluyó que dicho bulto era “causada por el tirón gravitatorio  de un planeta invisible” y que por lo tanto el “sistema de Beta Pictoris parece contener al menos un planeta no muy diferente de Júpiter en tamaño y órbita. Los planetas rocosos como la Tierra también podrían rodear Beta Pictoris. Sin embargo, no hay evidencia de éstos todavía. Cualquier planeta será al menos un par de millones de veces más débil que la estrella y actualmente imposibles de ver directamente, incluso con el Hubble". Burrows estimó que “su tamaño podría ser entre una vigésima a veinte veces la masa de Júpiter.  El planeta  parece estar dentro del rango de distancias planetarias típicas de nuestro sistema solar. Si dicho planeta estuviera de su estrella como Júpiter del Sol, entonces también debe tener la misma masa que Júpiter y señaló que la órbita del planeta estaría inclinada tres grados con relación a su disco, que sería típico de las inclinaciones de las órbitas de los planetas de nuestro sistemas solar”.

Tres años después, en enero de 1998, nuevas imágenes del HST mostrarían una nueva distorsión esta vez en el borde exterior del disco que, dado su efecto particular no podía ser explicada por la presencia de un planeta sino por el paso o presencia de una estrella enana marrón, conforme un equipo  encabezado por Al Schultz de Computer Sciences Corporation de Space Telescope Science Institute y Fred Bruhweiler de The Catholic University of America (CUA)

These two Hubble Space Telescope visible-light views of the edge- on disk of dust around the star Beta Pictoris yield telltale evidence for the existence of planets, and possibly the gravitational tug of a companion brown dwarf or bypassing star. Both views reveal warps in the disk that might be caused by the gravitational pull of one or more unseen companions. Since its discovery, Beta Pictoris has long been considered one of the nearest examples of an extrasolar planetary system still forming.Top Credit: Al Schultz (CSC/STScI, and NASA). January 7, 1998 12:00 AM (EST)

De acuerdo a Schultz, la distorsión se originaría en una pequeña estrella marrón que podría estar circulando a Beta Pictoris a una gran distancia. Por su parte, Bruhweiler favoreció la tesis del paso de una estrella en los últimos 100 millones desde que se formó el disco. En cualquier caso, ninguna de ellas descartaría la tesis de la presencia de un planeta en el interior del disco. Al contrario. Bruhweiler  recalcaría que "las nuevas imágenes del Hubble muestran muchos de los nuevos indicios de que el disco pudiera ser los límites exteriores del Sistema Solar alrededor de Beta Pictoris. Podría ser lo que nuestro Sistema Solar parecía hace cuatro billones de años"

Los hallazgos derivados del HST se extienden al nuevo siglo. En enero de 2000, un grupo de investigadores del Telescope Science Institute, estudiando imágenes de HST y telescopios terrestres en Hawai y Chile anunciarían que aquel disco planetario está “dinámicamente sonando como una campana”, un golpe gravitacional de una estrella que pasó cerca de Beta Pictoris hace unos 100.000 años. Dicho hallazgo ayudaría a mostrar que “un encuentro cercano con una estrella vecina puede perturbar gravemente la evolución y aparición de discos delgados como éste”, considerados como “los viveros de los sistemas planetarios”. Los investigadores suponen que sobrevuelos de estrellas similares en nuestro sistema solar hace mucho tiempo pueden haber reorganizado los cometas que ahora pueblan la Nube de Oort y el Cinturón de Kuiper.

A NASA Hubble Space Telescope false-color, visible-light picture of one side of the edge-on dust disk around the star Beta Pictoris. Knots in the disk (marked A,B,C,D) are interpreted as rings of dust, seen edge-on.Image Credit (Left) : NASA and Paul Kalas (Space Telescope Science Institute). January 15, 2000 09:20 AM (EST)

El disco se extiende sobre una gran área de 65 billones de millas pero un lado del disco es 20% más largo y más delgado que el otro. Escondidas en la parte más densa del disco existen acumulaciones de polvo que están presentes en ese lado más largo y delgado. Los investigadores infirieron que aquellos cúmulos de polvo podían ser anillos si el disco fuera visto de cara, no de canto como se observa con relación a la Tierra normalmente, y dado que solo aparecen en aquel lado del disco entonces la órbita de dichos anillos sería sumamente elíptica. En tal caso, solo un objeto supermasivo, como una estrella de paso, hubiera sido capaz de de perturbar el sistema original.

Para mostrar o no dichas suposiciones, los investigadores le pidieron a John Larwood de Queen Mary y Westfield Collegue del Reino Unido, crear una simulación de un disco en reposo hecho de un millón de partículas en órbita alrededor de una estrella virtual para explorar que pasaría si otra estrella la atravesara en una órbita cercana a la colisión. En la simulación final, la gravedad de la estrella que pasa reorganiza la órbita de cada partícula, creando un sistema de anillo elíptico 100.000 años después del evento catastrófico. El modelo también reprodujo la asimetría del 20% en el disco. Los investigadores proseguirían con la búsqueda de esa “estrella intrusa” con 186  estrellas cerca de Beta Pictoris.

These four images are from a computer simulation of a star flying by and disrupting a circumstellar disk of dust around the star Beta Pictoris. Credit: John Larwood (Queen Mary and Westfield College, London, UK).January 15, 2000 09:20 AM (EST)

En junio de 2006,  un equipo encabezado por David Golimowski de Johns Hopkins University confirmó la existencia no de uno sino de dos discos de polvo alrededor de Beta Pictoris”. Las imágenes, tomadas por el Hubble Advanced Camera for Surveys, hasta ese momento las mejores en luz visible tomadas de “Beta Pict”, mostraban claramente  un disco secundario distinto inclinado unos 4 grados desde el disco principal. El disco secundario es visible aproximadamente a 24 millones de millas de la estrella y probablemente se extiende aún más lejos. La imagen muestra un disco de polvo principal y un mucho más débil  disco secundario. En suma, “dos concentraciones de polvo en dos discos separados”, abriéndose la posibilidad de mostrar evidencia de uno o más planetas que orbitan alrededor de una estrella.

The image was taken Oct. 1, 2003.The Advanced Camera for Surveys images were obtained as part of the guaranteed observing time awarded to the ACS Investigation Definition Team led by Holland Ford (Johns Hopkins University) and Garth Illingworth (University of California at Santa Cruz).Credit: Credit: NASA, ESA, D. Golimowski (Johns Hopkins University), D. Ardila (IPAC), J. Krist (JPL), M. Clampin (GSFC), H. Ford (JHU), and G. Illingworth (UCO/Lick) and the ACS Science Team. June 27, 2006 01:00 PM (EDT)

 "El hallazgo sugiere que los sistemas planetarios podrían estar formándose en dos planos diferentes. Sabemos que esto puede suceder porque los planetas de nuestro sistema solar se inclinan normalmente a la órbita de la Tierra en varios grados. Tal vez las estrellas que forman más de un disco de polvo pueden ser la norma en los años de formación de un sistema de estrellas" (Golimowski).

b)    Discos de las Estrellas en la Nebulosa de Orión (1992, 1994 y 1995), de la Estrella AB Aurigae (1999), la Estrella Fomalhaut -HD 216956 (2005) y la Estrella Epsilon Eridani (2006)

El disco de polvo de “Beta Pictoris” no es el único disco descubierto ni el que monopoliza la gloria en la carrera de descubrimientos del Hubble por conocer los detalles de la formación de nuestro sistema planetario.

En los años noventa, diversos equipos de investigación con la participación del Dr. Robert O’Dell de Rice University, concentraron sus esfuerzos en la Nebulosa de Orion, una partera de estrellas a 1.500 años luz de distancia, visible a simple vista, brillante, muy brillante, una de las nebulosas más estudiadas, con gases constituyentes que incluyen hidrógeno, helio, oxígeno, carbono, neón, nitrógeno, azufre, argón, y cloro.

Orin Nebula Credit: C.R. O'Dell (Rice University), and NASA

Como resultado de esos estudios, utilizando la Wide Field Camara del HST, a fines de 1992 se anunció lo que se consideró en ese momento “la evidencia más fuerte que en muchas estrellas se forman sistemas planetarios”, desde “discos prolongados de polvo” como “requisito previo para la formación de sistemas solares como el nuestro”. La evidencia se encontró en alrededor de 15 estrellas recién formadas en una porción de  la Nebulosa de Orion, al sur del cluster estelar Trapezium, sugiriendo que casi un 50% de las estrellas existentes en esa región tienen discos protoplanetarios.

This color photograph is a composite of separate images taken at the wavelengths of the two abundant elements in the nebula: Hydrogen and Oxygen, and the red image was made to isolate the star's image. The images were taken with HST's Wide Field and Planetary Camera (in wide field mode), on August 13 and 14, 1991.Credit: C.R. O'Dell (Rice University), and NASA. December 16, 1992 12:00 AM (EST)

Hasta ese momento, discos protoplanetarios solo se habían confirmado en cuatro estrellas: Alpha Lyrae, Alpha Piscis Austrini, Epsilon Eridani y, por supuesto, Beta Pictoris. Sin embargo, Hubble había logrado observar estrellas recién formadas con menos de un millón de años de edad, proporcionando evidencia directa que el polvo que las rodea tiene demasiado giro para dejarse arrastrar a ellas y que, por el contrario, se extiende en un amplio disco aplanado. O'Del consideró a los discos como una “nueva clase de objeto descubierto en el universo”  y los nombró, a sugerencia de su esposa –Gail,  como “proplyds”.

Cada “proplyd” aparece como un grueso disco con un agujero en el centro, donde se encuentra la estrella. La radiación de las estrellas calientes cercanas hierve el material de la superficie del disco, a razón de la mitad de la masa de la Tierra por año, siendo afectado por el viento de estelar de radiación y partículas subatómicas. De acuerdo a ello, O’Dell estimó que la masa inicial de un “proplyd” sería por lo menos 15 veces la de Júpiter,  es decir, 15 veces casi dos veces y media la masa de los demás planetas juntos, 15 veces 318 veces mayor que la masa de la Tierra, así de grande.

En junio de 1994,  la NASA anunció que el mismo Dr O’Dell con otros colegas, había encontrado en la Nebulosa de Orión “la evidencia más fuerte que el proceso que puede formar planetas es común en la Vía Láctea y más allá en el universo”. Para ese momento, ya los “grandes discos de polvo” eran considerados la “materia prima para la formación de planetas”. En aquel estudio censaron 110 estrellas jóvenes, encontrando discos en 56 de ellas. Una “joven estrella en el centro de cada disco”. En realidad, más que "discos de polvo" se trata,al menos en estas estrellas, estiman los científicos,  de discos 99% gases y 1% polvo.

A Hubble Space Telescope view of a small portion of the Orion Nebula reveals five young stars. Four of the stars are surrounded by gas and dust trapped as the stars formed, but were left in orbit about the star. These are possibly protoplanetary disks, or "proplyds," that might evolve on to agglomerate planets. The proplyds which are closest to the hottest stars of the parent star cluster are seen as bright objects, while the object farthest from the hottest stars is seen as a dark object. The field of view is only 0.14 light-years across. The image was taken on 29 December 1993 with the HST's Wide Field and Planetary Camera 2. Credit: C.R. O'Dell/Rice University; NASA.June 13, 1994 12:00 AM (EDT)

Los hallazgos  de una gran cantidad de discos en un cúmulo de estrellas jóvenes, reforzó definitivamente la hipótesis que los sistemas planetarios son comunes en el universo. Pero la información proporcionada por el HST fue más allá. O’Dell fue capaz de medir la masa de uno de aquellos discos de polvo, encontrando que contiene suficiente material para hacer un planeta como la Tierra. Además,  la información proporcionada por el HST mostraba presumiblemente que aquellos discos contienen los mismos materiales que los planetas del Sistema Solar como carbono, silicatos y otros constituyentes de base y confirmando que la forma de los discos de polvo era como de “panqueques y no de “conchas” como algunos sugerían hasta ese momento.

Ciertamente, por la luminosidad derivada de las estrellas circundantes, aquellos proplyds ya se observaban.. Sin embargo, fue el HST el que permitió que  O’Dell y sus colegas mostraran la verdadera naturaleza de aquellos objetos, eslabones, ya no tan perdidos como en la época de Kant, fundamentales para la comprensión de la formación de planetas.

Un año y medio después, el 20 de noviembre de 1995, la NASA dio a conocer imágenes tomadas en primer plano por el HST entre 1994 y 1995, gracias al Dr.O ‘Dell y al investigador Shui Kwan Wong, en el centro de la misma nebulosa. Los investigadores concluyeron la inclinación de los discos en ángulos diferentes a los de la Tierra, proveyendo prueba irrefutable de su existencia  Imágenes de varios proplyd

These are Hubble Space Telescope images of four newly discovered protoplanetary disks around young stars in the Orion nebula, located 1,500 light-years away. Gas and dust disks, long suspected by astronomers to be an early stage of planetary formation, can be directly seen in visible light by Hubble.Credit: Mark McCaughrean (Max-Planck-Institute for Astronomy), C. Robert O'Dell (Rice University), and NASA. November 20, 1995 12:00 AM (EST)

Para junio de 1999, el HST revelaba una imagen de luz visible, tomada por el HST Imaging Spectrograph, del anillo de gas y polvo que rodea a la estrella AB Aurigae, de entre 2 a 4 millones de edad y 2.4 veces más masiva que el Sol. A 469 años luz de la Tierra; en la Constelación de Auriga. Un anillo muy amplio, de por lo menos 121 billones de millas (194 billones de kilómetros), donde al menos 30 de nuestros sistemas solares cabrían en él. Su existencia ya había sido demostrada por telescopios terrestres y otros espaciales.

NASA's Hubble Space Telescope has snapped a nearly face-on view of a swirling disk of dust and gas surrounding a developing star called AB Aurigae. The Hubble telescope image, taken in visible light by the Space Telescope Imaging Spectrograph, shows unprecedented detail in the disk, including clumps of dust and gas that may be the seeds of planet formation.June 2, 1999 01:30 PM (EDT). Credit: C.A. Grady (National Optical Astronomy Observatories, NASA Goddard Space Flight Center), B. Woodgate (NASA Goddard Space Flight Center), F. Bruhweiler and A. Boggess (Catholic University of America), P. Plait and D. Lindler (ACC, Inc., Goddard Space Flight Center), M. Clampin (Space Telescope Science Institute), and NASA. The ground-based image is courtesy of P. Kalas (Space Telescope Science Institute). June 2, 1999 01:30 PM (EDT

Para un equipo de investigación encabezado por Carol Grady del National Optical Astronomy Observatories, las inquietudes eran más bien sobre el proceso de formación, cuánto tiempo, qué partes, qué procesos específicos. Aunque aún queda mucho por conocer, las imágenes de AB Aurigae ayudaron a clarificar esas cuestiones . En primer lugar, que la transición de los discos de gas y polvo a discos de escombros con planetas, se produce alrededor de las estrellas que tiene de 1 a 10 millones de años de edad, diferenciando discos protoplanetarios que rodean estrellas jóvenes hasta un millón de años, de discos planetarios más maduros de alrededor de entre 8 a 20 millones de edad.

En este caso, los investigadores “no vieron ninguna evidencia de grandes cuerpos invisibles barriendo franjas de polvo” pero lograron observar la “estructura en las nubes de polvo, lo que sugiere que el material empieza a agruparse en un proceso que podría formar planetas en los próximos millones de años” , Los cúmulos existentes son extremadamente grandes: de 1.3 a 3 billones de millas (2 a 5 billones de kilómetros) de ancho o de 14 a 32 veces la distancia de la Tierra al Sol. También residen mucho más lejos de AB Aurigae que Plutón, el planeta más lejos del Sol.

Similares características se señalaba se habían visto en los discos que rodean estrellas jóvenes, de 300.000 a 1 millón de años. “En las estrellas jóvenes no vemos tanto la estructura como en AB Aurigae. Los sistemas de estrellas un poco mayores que AB Aurigae, ya han limpiado zonas que sugieren que planetas grandes ya se han desarrollado”. “La imagen de AB Aurigae, junto con otros estudios del HTS, sugieren que la transición de un disco protoplanetario a un sistema de planetas, se produce poco después de entre los 2 a 4 millones de años pero antes de los 8 millones”.

En junio de 2005, una imagen de la estrella Fomalhaut (HD 216956), a 25 años luz de distancia de nuestro Sol, mostró en ese momento la imagen de luz visible más detallada de un  anillo de polvo alrededor de una estrella. El anillo había sido descubierto en 1983 por el  “Infrared Astronomical Satellite (IRAS)” de la NASA.

The top view, taken by NASA's Hubble Space Telescope, is the first visible-light image of a dust ring around the nearby, bright young star Fomalhaut (HD 216956). The image offers the strongest evidence yet that an unruly planet may be tugging on the dusty belt. The left part of the ring is outside the telescope's view. The ring is tilted obliquely to our line of sight.Credit: NASA, ESA, P. Kalas and J. Graham (University of California, Berkeley), and M. Clampin (NASA's Goddard Space Flight Center). June 22, 2005 01:00 PM (EDT)

La imagen muestra la evidencia más fuerte de que planeta no visto puede estar tirando del anillo, de acuerdo a un equipo dirigido por Paul Kalas de la  University of California, James R. Graham de la  University of California y Mark Clampin del NASA Goddard Space Flight Center. El centro del anillo está a 1.4 billones de millas, 15 UA, de distancia de la estrella, una distancia igual a casi la mitad de camino de nuestro Sistema Solar. Para los astrónomos, la explicación más plausible es que un planeta invisible que se mueve en una órbita elíptica remodela el anillo con su fuerza gravitatoria:“lagunas en el anillo que podrían haber sido talladas por la influencia gravitacional de un cuerpo invisible”.

This illustration of a ring of debris encircling the star Fomalhaut shows the putative planet orbiting inside the ring. In this picture, the background stars and constellations are identified. This is not the same view we would see from Earth, because Fomalhaut is 25 light-years from the Sun. Nevertheless, the constellations are still recognizable. The Sun, for example, is a bright star in the constellation Leo. Other well-known stars such as Alpha Centauri, Sirius, and Procyon also can be seen.Illustration Credit: NASA, ESA and A. Feild (STScI). June 22, 2005 01:00 PM (EDT)

El anillo es similar al Cinturón de Kuiper de nuestro Sistema Solar, una vasta reserva de material helado sobrante de la formación de nuestros planetas del Sistema Solar, aunque su diámetro es cuatro veces que él. El borde interior del disco es más agudo que su borde exterior, un signo revelador de que un objeto está gravitacionalmente barriendo el material como una máquina despeja la nieve.. Se sospecha que el planeta puede estar orbitando dentro del borde interior del anillo de polvo, entre 4.7 y 6.5 billones de millas (50 a 70 UA) de la estrella. El anillo está a 12 billones de millas (133 UA) de Formalhaut que es mucho más lejos de lo que nuestro planeta más lejano desde el Sol.

A bird's-eye comparison of the Fomalhaut ring with our solar system. In this graphic, Fomalhaut's ring, about 25 billion miles across its inner diameter, is compared with our inner and outer solar system. Illustration Credit: NASA, ESA and A. Feild (STScI). Illustration Credit: NASA, ESA and A. Feild (STScI). June 22, 2005 01:00 PM (EDT)

Formalhaut, de 200 millones de años de edad, es un infante comparado con los 4.5 billones de años de nuestro Sol pero es 10 veces más viejo que los discos de escombros vistos previamente alrededor de las estrellas que hemos mencionado. “El tamaño del anillo de polvo de Formalhaut sugiere que no todos los sistemas planetarios se forman y evolucionan de la misma manera –arquitecturas planetarias pueden ser muy diferentes de una estrella a otra”, explicó Kalas.

Fue en octubre de 2006 que el HST en colaboración con observatorios terrestres mostraron evidencia definitiva de la existencia del planeta extrasolar, hasta ese momento, el más cercano a nuestro Sistema Solar, alrededor de la estrella Epsilon Eridani , a solo 10.5 años luz. La estrella también está rodeada por un disco de polvo y gas, siendo que su inclinación como la del planeta es de 30 grados con relación a nuestra línea de visión, por lo que la misma alineación de la órbita del disco de polvo con la del planeta proporcionó evidencia directa que los planetas se forman a partir de discos de escombros de gas y polvo alrededor de las estrellas.

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI). October 9, 2006 12:00 PM (EDT)

La misma alineación se encuentra en nuestro Sistema Solar, prueba que los planetas fueran creados al mismo tiempo en el disco del Sol. Pero como ya mencionamos el Sol es una estrella de mediana edad, 4.6 billones de años, y su disco de escombros se disipó hace tiempo. Epsilon Eridani conserva su disco porque aun es una estrella joven de 800 millones de años.

Fue la primera vez que se observó tanto el disco como el planeta alrededor de la estrella. El estudio fue realizado por un equipo dirigido por G. Fritz Benedict y Barbara McArthur de Texas University.

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