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Beca de doctorado INPhINIT: Establecer las etapas de formación de los planetas

Institución: Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)
Tipo: Predoctoral
País: España
Fecha inicio solicitud: Mier, 01/11/2023
Fecha fin solicitud: Mier, 24/01/2023, a las 2pm hora peninsular española

El programa de becas de doctorado INPhINIT «la Caixa» está dedicado a atraer Investigadores Noveles con talento de cualquier nacionalidad para que realicen sus estudios de doctorado en los mejores centros y unidades de investigación españoles y portugueses con distinción de excelencia.

Durante su formación, las estrellas están rodeadas de discos de gas y polvo que evolucionan progresivamente hasta crear sistemas planetarios. Con la llegada de una nueva generación de instalaciones astronómicas, como el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) o el Karl G. Jansky Very Large Jansky (VLA), hemos podido obtener imágenes cada vez más nítidas de estos discos protoplanetarios. Se han observado discos con asimetrías, cavidades centrales, huecos, anillos brillantes y espirales, que se cree que son producidos por planetas en formación. Esto indica que la formación planetaria es consustancial al proceso de formación estelar.
El proyecto de doctorado propuesto se dedicará a explorar varias fases cruciales del proceso de formación planetaria mediante la observación y modelización de la emisión de polvo y gas en una muestra seleccionada de discos protoplanetarios identificados por nuestro grupo alrededor de estrellas jóvenes en diferentes etapas evolutivas (Osorio et al. 2014, ApJ. 586, 1148; Macías et al. 2016, ApJ. 829, 1; Tobin et al. 2020, ApJ. 890,130; Añez-López et al. (2020), ApJ. 888, 41; Díaz-Rodríguez et al. 2022, ApJ 930, 91).

El proyecto de tesis será dirigido por la Dra. Mayra Osorio y el Dr. Guillem Anglada, expertos en el campo de la formación de planetas y estrellas, la radioastronomía y los modelos de transferencia radiativa.

El grupo de investigación de formación y evolución estelar y planetaria, en el IAA, está dirigido por el Dr. Guillem Anglada, e incluye también a la Dra. Mayra Osorio, el Dr. José F. Gómez, el Dr. Luis F. Miranda y el Dr. Gary Fuller (colaborador externo), dos postdoctorales y varios estudiantes de doctorado y máster. Nuestro grupo estudia múltiples aspectos del proceso de formación estelar y planetaria, así como las fases tardías de la evolución estelar. Tenemos experiencia tanto en observaciones de radio de muy alta resolución angular como en modelización teórica. Contamos con numerosos colaboradores internacionales y participamos en varios consorcios internacionales.

Recientemente se han observado indicios de formación planetaria, como estructuras anulares y espirales, en discos alrededor de protoestrellas muy jóvenes (clase 0) (Segura-Cox et al. 2020, Nature, 586, 228; Cheng et al. 2022, ApJ. 933, 178), lo que indica que los planetas comienzan a formarse en etapas muy tempranas de la formación estelar. Para comprender adecuadamente todo el proceso de formación planetaria, es necesario estudiar toda la secuencia evolutiva, desde el primer ensamblaje del disco hasta la dispersión final de su contenido en gas. Hasta ahora, estos dos extremos de la evolución del disco protoplanetario no se han explorado en detalle, pero utilizando datos de alta calidad de los interferómetros ALMA y VLA estamos en muy buena posición para comprenderlos mejor. Para ello, será necesario determinar las condiciones físicas y químicas del disco en cada fase, mediante modelos de transferencia radiativa de última generación.

El candidato alcanzará los objetivos de la tesis doctoral mediante observaciones (nuevas propuestas y explotación de archivos de telescopios como VLA o ALMA) y modelización (utilizando códigos desarrollados por nuestro grupo o por colaboradores cercanos). Un perfil de doctorado de este tipo, con conocimientos tanto de modelización como de radioobservación, es muy demandado y necesario para una explotación exitosa de las nuevas (VLA mejorado, ALMA) y futuras instalaciones radioastronómicas (SKA, ngVLA). Estas instalaciones proporcionan imágenes y resultados cada vez más sofisticados que requieren conocimientos tanto observacionales como teóricos para su análisis e interpretación física. Se espera que el investigador de doctorado pase estancias cortas en centros de investigación de renombre, como ALMA-ESO (Chile y Alemania), el nodo ALMA en la Universidad de Manchester (Reino Unido), o NRAO (EE.UU.). También asistirá a cursos de capacitación específicos sobre radiointerferometría (NRAO, SMA o IRAM) y conferencias internacionales.

Plan de formación JAE-Intro IAA SO 2023 ofertado

Observaciones en el infrarrojo cercano de flujos salientes masivos de protoestrellas
Director: Rubén Fedriani (fedriani[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/ruben-fedriani/)
Las estrellas masivas son importantes para nuestra comprensión de la astrofísica. Son las principales responsables de poblar el universo con su rica complejidad química, incluidos nosotros. Además, ejercen una profunda influencia en sus entornos vecinos, impulsando poderosas fuerzas de marea y radiación. Sin embargo, los mecanismos por los que se forman las estrellas masivas siguen siendo poco conocidos. A menudo se ven envueltas en densas nubes de gas y polvo mientras se forman, lo que dificulta su observación en muchas longitudes de onda, incluida la visible, debido al bloqueo de la luz por la nube. Sin embargo, en longitudes de onda infrarrojas podemos atravesar este velo de gas y polvo y asomarnos a la formación de las protoestrellas para restringir sus propiedades y probar teorías sobre su formación. Un fenómeno físico clave que puede arrojar luz sobre la formación de estrellas masivas es la salida de chorros protoestelares, que es la consecuencia natural de un disco de acreción que alimenta a la protoestrella principal. Estos chorros protoestelares expulsan cantidades considerables de materiales del sistema estrella+disco. Nos proponemos llevar a cabo un análisis exhaustivo de un amplio conjunto de datos de imágenes en el infrarrojo cercano de regiones de formación estelar masiva que incluyen la emisión extendida de flujos de salida protoestelares. Los datos se han recogido utilizando telescopios de primera clase, como el Telescopio Espacial Hubble (HST) y el Gran Telescopio Binocular (LBT). El conjunto de datos comprende imágenes limitadas por difracción en el caso del HST e imágenes del LBT. Este proyecto será un complemento del estudio en curso SOFIA Massive (SOMA) Star Formation Survey. Proponemos llevar a cabo un análisis exhaustivo de los flujos de salida protoestelares a través de datos de imagen. Limpiaremos y procesaremos el conjunto de datos disponibles para discernir las características de las regiones de formación estelar masiva, así como las propiedades cinemáticas y dinámicas de los flujos de salida. Este proyecto motivará futuras propuestas del telescopio espacial James Webb, ya que puede penetrar más profundamente en las regiones de formación de estrellas masivas. Puede verse una descripción más detallada de este proyecto en esta url https://drive.google.com/file/d/10aFxrJjQmTIfwJ8Q2XATUlXAalKoQpse/view.

Planes de formación JAE-Intro CSIC 2023 ofertados

Discos protoplanetarios alrededor de dos o más estrellas jóvenes
Directora: Mayra Osorio (osorio[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/mayra-osorio/)
Entender cómo nace una estrella y se forma un sistema planetario como el nuestro es una de las cuestiones más llamativas de la Astrofísica moderna. El embrión estelar (la protoestrella) crece rodeado de una nube de gas y polvo que, debido a su rotación, va formando un disco a su alrededor, que alimenta de material a la estrella, y por ello se llama disco de acreción. Este disco, a su vez, evoluciona y puede acabar formando un sistema planetario. El material sobrante, que no termina formando parte de la estrella ni del sistema planetario, se expulsa hasta distancias enormes por medio de potentes chorros o jets. A este escenario se le conoce como el paradigma de la formación estelar para una estrella tipo solar. Hoy en día nos preguntamos si este paradigma es válido para estrellas con una masa distinta a la solar, o para estrellas binarias que nacen simultáneamente a partir de un mismo fragmento de la nube. Estos sistemas son distintos al que probablemente dio origen a nuestro Sistema Solar porque están compuestos por tres discos, un disco alrededor de cada una de las protoestrellas y un disco que rodea a las dos, llamado circumbinario. Se observa que estos discos, en algunos casos, no tienen simetría axial ya que exhiben una estructura espiral. Para estudiar como es el proceso de formación sistemas binarios hemos desarrollado una grid de modelos de discos de acreción (cientos de modelos) para tratar de explicar la emisión de polvo observada (espectro + imagen). Se propone organizar estos modelos y escoger los mejores casos para reproducir las observaciones, en especial las imágenes obtenidas con los grandes radiointerferómetros (Atacama Large Millmeter Array y Very Large Array) de algunos sistemas emblemáticos que ya hemos identificado. Simultáneamente se propone calcular modelos hidrodinámicos (usando códigos de acceso público) que incluyen desviaciones de la simetría axial para empezar a simular la estructura espiral de los discos circumbinarios.

Fenómenos de pérdida de masa en estrellas jóvenes y evolucionadas
Director: José Francisco Gómez Rivero (jfg[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/jose-francisco-gomez/)
Muchos escenarios astrofísicos diferentes comparten elementos comunes, si bien a diferentes escalas. Uno de los más espectaculares es la producción de fenómenos de pérdida de masa, en muchos casos con una extrema colimación (jets). Estos jets están presentes en objetos como núcleos activos de galaxias (a escalas de varios parsecs), microcuásares, objetos estelares jóvenes, o estrellas evolucionadas (a escalas de unidades astronómicas). En estos casos, se requiere la presencia de un disco de acrecimiento para el lanzamiento de la pérdida de masa colimada. En este trabajo se propone un estudio de fenómenos de pérdida de masa en estrellas jóvenes y evolucionadas, y de sus estructuras asociadas (discos de acrecimiento), utilizando bases de datos públicas de distintos radiotelescopios.
Plan previsto:
1- Se propondrán a la persona seleccionada varias fuentes candidatas, en regiones de formación estelar o en estrellas evolucionadas.
2- Se buscarán 
datos públicos disponibles en los archivos de radiotelescopios como Very Large Array, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, o Australia Telescope Compact Array.
3- Se hará un análisis 
crítico de los datos accesibles y de los objetivos científicos alcanzables con ellos en el tiempo disponible con esta beca. Se seleccionará al menos una fuente para su estudio.
4- Se descargarán los 
datos y se realizará su calibración, evaluación de calidad y análisis.
5- Se preparará una memoria de los resultados, que podrá ser el germen de una contribución a un congreso o un artículo en una 
revista arbitrada.

Buscando radio fuentes débiles en Orión
Directora: Teresa Gallego (gallego[at]iaa.es)
Grupo: Formación estelar, planetaria y evolución (https://spfe.es/people/aurelia-teresa-gallego-calvente/)
El nacimiento de una estrella va acompañado de acreción de materia mediante un disco y eyección en la dirección perpendicular al disco, lo cual reduce el momento angular y permite que la estrella siga ganando masa. Actualmente sabemos que esta acreción y eyección de materia puede ser episódica, puesto que cada vez que el disco acumula suficiente material de la nube materna, se lo pasa a la protoestrella causando un aumento en la luminosidad. Por otro lado, en las fases finales de la evolución protoestelar, el gas del disco se fotoevapora y sus granos de polvo pueden crecer a tamaños milimétricos para eventualmente formar planetésimos y, finalmente, planetas. Tanto la variabilidad de la protoestrella como la disipación de su disco circunestelar para llegar a ser un sistema planetario, son dos aspectos poco conocidos y que necesitan ser explorados. En nuestro grupo de investigación tenemos observadas varias regiones de Orión que nos darán luz sobre estos fenómenos, ya que Orión es una region muy rica en protoestrellas de diferentes luminosidades, estados evolutivos y todas colocadas a una misma distancia. Proponemos en estas prácticas Jae-Intro reducir los datos en el centimétrico que hemos obtenido con el radiointerferómetro Very Large Array en su configuración más compacta, sito en Estados Unidos. El/La candidata/a escogerá la región cuyos datos quiere procesar e identificará los discos ya observados con ALMA de nuestra base de datos de Orión online (https://planetstarformation.iaa.es/) fotoevaporándose o con posible crecimiento de granos y sus jets.

Beca de doctorado INPhINIT: Exploración de la diversidad de los sistemas planetarios

Institución: Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)
Tipo: Predoctoral
País: España
Fecha inicio solicitud: Mar, 01/11/2022
Fecha fin solicitud: Mier, 25/01/2023

El programa de becas de doctorado INPhINIT «la Caixa» está dedicado a atraer Investigadores Noveles con talento de cualquier nacionalidad para que realicen sus estudios de doctorado en los mejores centros y unidades de investigación españoles y portugueses con distinción de excelencia.

Las estrellas se forman rodeadas de un disco de gas y polvo que evoluciona progresivamente hasta formar un sistema planetario. Con la llegada de una nueva generación de telescopios e instalaciones astronómicas, como el interferómetro de radio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), hemos podido obtener imágenes cada vez más nítidas de estos discos protoplanetarios y discernir detalles finos del inicio del proceso de formación planetaria. Con frecuencia se encuentran discos con asimetrías, cavidades centrales, huecos, anillos brillantes, espirales, que se cree son producidos por planetas en formación. Todo ello indica que la formación planetaria es consustancial al proceso de formación estelar, lo que sugiere una gran abundancia de planetas, comparable al número de estrellas del Universo. Los continuos descubrimientos de nuevos exoplanetas confirman que son muy abundantes en nuestra Galaxia. Uno de los resultados más sorprendentes ha sido la gran diversidad de exoplanetas y arquitecturas de los sistemas exoplanetarios que se están encontrando. Esta diversidad debería reflejarse también en sus progenitores, los discos protoplanetarios. Sin embargo, esta diversidad en los discos aún no ha sido bien explorada, ni desde una perspectiva observacional ni teórica. La tesis doctoral se dedicará a explorar esta diversidad en los discos protoplanetarios mediante el estudio de una muestra de casos emblemáticos, que ya hemos identificado.

El grupo de investigación, dirigido por el Dr. Guillem Anglada, está formado también por la Dra. Mayra Osorio, el Dr. José F. Gómez, el Dr. Luis F. Miranda, 1 postdoc, y varios estudiantes de doctorado y máster. Estudiamos múltiples aspectos del proceso de formación estelar y planetaria, así como las fases tardías de la evolución estelar. Tenemos experiencia tanto en observaciones de radio de muy alta resolución angular como en modelización teórica. Contamos con numerosos colaboradores internacionales y participamos en varios consorcios internacionales en el Reino Unido, Chile, México, EE.UU., Alemania, India, Australia y Francia, entre otros.

El proyecto de tesis, dirigido por la Dra. Mayra Osorio y el Dr. G. Anglada, se centrará en el estudio de discos protoplanetarios en diversos entornos «peculiares», para explorar el alcance de su diversidad con el objetivo de comprender su conexión con la diversidad observada en los exoplanetas y en la arquitectura de los sistemas exoplanetarios. Se estudiarán las condiciones físicas de una muestra de discos alrededor de estrellas masivas, discos en sistemas binarios y discos extremadamente compactos en estrellas de tipo M de muy baja luminosidad, ya que marcan las condiciones iniciales para construir un sistema planetario.
El candidato/a alcanzará este objetivo tanto mediante observaciones (nuevas propuestas y explotación de archivos de telescopios como VLA o ALMA) como mediante modelización (utilizando códigos desarrollados por nuestro grupo o colaboradores cercanos). Un perfil de doctorado de este tipo, con conocimientos tanto de modelización como de observación radioeléctrica, es muy demandado y necesario para una explotación exitosa de las nuevas (VLA actualizado, ALMA) y futuras instalaciones radioastronómicas (SKA, ngVLA). Estas instalaciones proporcionan imágenes y resultados cada vez más sofisticados que requieren conocimientos tanto observacionales como teóricos para su análisis e interpretación física.
Se espera que el/la estudiante pase estancias cortas en centros de investigación de renombre, como ALMA-ESO (Chile y Alemania), el nodo ALMA en la Universidad de Manchester (Reino Unido), o NRAO (EE.UU.). También asistirá a cursos de formación específicos sobre radiointerferometría (NRAO, SMA o IRAM) y a conferencias internacionales.