Santa María Tonantzintla, Puebla, a 9 de junio de 2016. Un equipo internacional de astrofísicos  obtuvo con el Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano (GTM) la imagen más profunda y nítida en longitudes de ondas milimétricas de Épsilon Eridani, la estrella aislada parecida a nuestro Sol más cercana a nosotros, y del anillo de polvo que la circunda. Estas observaciones brindan evidencia de que el anillo tiene una estructura uniforme y debaten la existencia de un presunto planeta gigante orbitando a grandes distancias de la estrella.

El equipo científico liderado por el Dr. Miguel Chávez Dagostino, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y Director Científico del GTM, está integrado por astrofísicos de México, Australia, Estados Unidos, Reino Unido, Chile y España.

Épsilon Eridani tiene una masa y una temperatura superficial ligeramente menores a las del Sol y una sexta parte de su edad, aproximadamente 800 millones de años. Se encuentra en la dirección de la constelación de Eridanus, a poco más de diez años luz, es decir, la distancia que recorre la luz en diez años a una velocidad de 300 mil kilómetros por segundo. 

Por su cercanía, por su atractivo nombre, porque es muy parecida al Sol y por la posible presencia de hasta dos planetas orbitándola, Épsilon Eridani no sólo ha sido objeto de detallados estudios teóricos y observacionales, sino que se ha incluido en numerosas obras de ciencia ficción como la serie de las Fundaciones de Isaac Asimov; es también la estrella del planeta Reach en el videojuego HALO  y la posible estrella madre del planeta Vulcano, donde nació el Dr. Spock de Viaje a las Estrellas. “También la hace atractiva el hecho de que con ella estaríamos atestiguando procesos físicos que podrían haber tenido lugar en nuestro Sistema Solar cuando era mucho más joven”, comentó el Dr. Chávez.

“El mapa que se obtuvo de Épsilon Eridani superó nuestras expectativas, gracias a la sensibilidad de la cámara AzTEC y a la alta precisión de la enorme superficie del GTM. La claridad de esta imagen única es una demostración de las capacidades observacionales del GTM”, dijo por su parte el Dr. David H. Hughes, Director de Proyecto e Investigador Principal del GTM.

El Dr. Miguel Chávez explicó que las observaciones que se hicieron a finales de los noventa de Épsilon Eridani con el Telescopio James Clerk Maxwell de Hawai encontraron irregularidades en el anillo de material que la circunda, las cuales se atribuyeron a la presencia de un planeta de las dimensiones de Neptuno orbitándola a unas 40 unidades astronómicas, es decir, 40 veces la distancia Tierra-Sol. Habiendo observaciones posteriores a favor y en contra, “nos propusimos obtener una imagen mes detallada de esta estrella prototipo en el estudio de los llamados discos de escombros y verificar o refutar la presencia de regiones de alta densidad en el polvo del disco y en consecuencia la presencia de un planeta gigante”.

Las observaciones sumaron 18 horas en el GTM en condiciones climáticas excelentes utilizando AzTEC, la cámara de continuo sensible a 1.1 milímetros,  obteniéndose un mapa muy superior al esperado: “En esta imagen tan nítida, logramos, por primera vez, detectar el anillo completo que rodea a esta estrella  y confirmamos sus dimensiones: cerca de 65 unidades astronómicas de radio”, subrayó. 

Añadió que desarrollaron un modelo del anillo y de su material, compuesto de carbono y silicatos, determinando que la temperatura del mismo es de 50 grados Kelvin, es decir, unos 220 grados centígrados bajo cero. También detectaron radiación extra producida por otro anillo pequeño que no se ha logrado resolver con el GTM, “es un anillo de polvo tibio muy cercano a la estrella, a tres unidades astronómicas, y detectamos además la posible emisión cromosférica de la estrella”.

La conclusión de estas observaciones, las más profundas jamás obtenidas de Épsilon Eridani con un telescopio de antena simple, es que no se puede afirmar con certeza que existan irregularidades. “En nuestro resultado no detectamos las inhomogeneidades debidas a un planeta, lo que motiva a llevar a cabo observaciones aún más profundas”.

El Dr. Chávez agregó que el estudio de esta estrella puede aportar información valiosa acerca de la evolución temprana de otros sistemas solares en nuestra galaxia: “Las estrellas como nuestro Sol nacen con un disco de acreción en el que posteriormente se forman los planetas (protoplanetario). Estos discos se disipan rápidamente, en tan sólo unos diez millones de años, por efecto de la luz proveniente de la estrella madre. Sin embargo, gracias al descubrimiento en 1983 de un inesperado exceso de luz infrarroja en Vega y en otras tres estrellas, entre ellas Épsilon Eridani, por el Satélite Astronómico Infrarrojo (IRAS, por sus siglas en inglés) se encontró que estos discos son relativamente comunes, aun en estrellas de edad avanzada como el Sol. La teoría actualmente aceptada para explicar la presencia de discos o anillos alrededor de estrellas maduras es que se trata de análogos al cinturón de Kuiper de nuestro sistema solar y que los planetesimales que lo componen –desde partículas de polvo muy pequeñas hasta objetos de dimensiones de asteroides o inclusive de escalas planetarias-- están chocando entre sí y continúan formando polvo, y ese polvo es el que logramos ver”.

Estos anillos sólo pueden ser detectados en longitudes de onda infrarrojas, milimétricas y submilimétricas porque son objetos muy fríos y no emiten en el visible. “El GTM es la herramienta ideal para estudiar este tipo de objetos, ya que con sus capacidades actuales provee excelentes imágenes, gracias a la sensibilidad de la cámara y a la capacidad colectora de su superficie”, enfatizó a su vez Grant Wilson, investigador de la Universidad de Massachusetts y responsable del instrumento AzTEC

El Dr. Chávez agregó por su parte que al observar el campo de Épsilon Eridani también se detectaron al menos siete objetos, algunos de los cuales no habían sido revelados por ningún otro telescopio. “Pensamos que pueden ser galaxias submilimétricas, prácticamente invisibles en otras longitudes de onda, galaxias más grandes que la nuestra, la Vía Láctea, que están formando estrellas de manera prominente y que podrían estar ubicadas a distancias del orden de once mil millones de años luz, es decir, su luz emitida cuando el Universo tenía apenas el 15 por ciento de su edad actual”.

Finalmente el Dr. Chávez concluyó que continuarán con el estudio de estrellas similares porque pueden dar una idea de lo que pasa en estrellas como el Sol en una gran variedad de edades. “Ésta es una de las motivaciones globales más importantes: en la actualidad se conocen más de dos mil sistemas planetarios y se conoce un número similar de sistemas parecidos al de Épsilon Eridani con discos circunestelares. Siendo planetas y discos eslabones de la misma cadena evolutiva, el estudio de estos sistemas nos brinda información valiosa para comprender la evolución de nuestro propio sistema planetario. 

El Gran Telescopio Milimétrico Alfonso Serrano es un proyecto binacional liderado por el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, INAOE, y su socio en Estados Unidos, la Universidad de Massachusetts. Consiste en una antena de 50 metros de diámetro que lo ubica como el telescopio más grande del mundo en su tipo. Posee una batería de instrumentos que han ya permitido estudiar la formación de estructuras (galaxias, estrellas y planetas) en todas las escalas del Universo. Recientemente el GTM se ha agregado al conjunto de telescopios que están analizando la periferia del agujero negro del centro de nuestra galaxia. El GTM ha sido apoyado financieramente, en la parte mexicana, por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT).