Un encuentro cercano hace más de 10.000 años provocó espirales en el disco de acreción


El Dr. Lu Xing, investigador asociado del Observatorio Astronómico de Shanghái (SHAO) de la Academia de Ciencias de China, junto con colaboradores de la Universidad de Yunnan, el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y el Instituto Max Planck, han utilizado observaciones de alta resolución datos del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para descubrir un disco protoestelar masivo en el Centro Galáctico y determinar cómo se formaron sus brazos espirales.

Una vista esquemática de la historia del disco de acreción y el objeto intruso. Las tres gráficas que comienzan desde la parte inferior izquierda son instantáneas de la simulación numérica, que representan el sistema en el momento del evento de sobrevuelo, 4000 años después y 8000 años después de eso, respectivamente. La imagen superior derecha es de las observaciones de ALMA, que muestra el disco con espirales y dos objetos a su alrededor, lo que corresponde al sistema 12 000 años después del evento de sobrevuelo. Crédito: SHAO

La investigación del grupo muestra que este disco fue perturbado por el encuentro cercano con un objeto cercano, lo que llevó a la formación de los brazos espirales. Este hallazgo demuestra que la formación de estrellas masivas puede ser similar a la de estrellas de menor masa, a través de discos de acreción y sobrevuelos.

Los resultados fueron publicados en Nature Astronomy el 30 de mayo.

Durante la formación de estrellas, surgen discos de acreción alrededor de estrellas recién nacidas. Estos discos de acreción, también conocidos como «discos protoestelares», son un componente esencial en la formación estelar. Los discos de acreción alimentan continuamente gas a las protoestrellas desde el medio ambiente. En este sentido, son cunas estelares donde nacen y se crían las estrellas.

Sin embargo, para las protoestrellas masivas, especialmente las tempranas de tipo O de más de 30 masas solares, el papel de los discos de acreción en su formación no ha sido claro.

A una distancia de unos 26.000 años luz de la Tierra, el Centro Galáctico es un entorno de formación de estrellas único e importante. Además del agujero negro supermasivo Sgr A*, el Centro Galáctico contiene una enorme reserva de gas molecular denso, principalmente en forma de hidrógeno molecular (H2), que es la materia prima para la formación de estrellas. El gas comienza a formar estrellas una vez que se inicia el colapso gravitacional.

Sin embargo, el ambiente en el Centro Galáctico es único, con fuertes turbulencias y fuertes campos magnéticos, así como fuerzas de marea de Sgr A*, todo lo cual afecta sustancialmente la formación estelar en esta región.

Dado que la distancia entre el Centro Galáctico y la Tierra es enorme y existen contaminaciones de primer plano complicadas, las observaciones directas de las regiones de formación de estrellas alrededor del Centro Galáctico han sido un desafío.

El equipo de investigación dirigido por el Dr. Lu utilizó las observaciones de línea de base larga de ALMA para lograr una resolución de 40 milisegundos de arco. Para tener una idea de cuán fina es esa resolución, permitiría a un observador en Shanghái detectar fácilmente una pelota de fútbol en Beijing.

Con estas observaciones de ALMA de alta resolución y alta sensibilidad, los investigadores descubrieron un disco de acreción en el Centro Galáctico. El disco tiene un diámetro de unas 4.000 unidades astronómicas y rodea una estrella temprana de tipo O en formación con una masa de unas 32 veces la del sol. Este sistema se encuentra entre las protoestrellas más masivas con discos de acreción y representa la primera imagen directa de un disco protoestelar en el Centro Galáctico.

El descubrimiento sugiere que las estrellas masivas de tipo O temprano pasan por una fase de formación que involucra discos de acreción, y esta conclusión es válida para el entorno único del Centro Galáctico.

Lo que es más interesante es que el disco muestra claramente dos brazos en espiral. Dichos brazos se encuentran a menudo en las galaxias espirales, pero rara vez se ven en los discos protoestelares. En general, los brazos espirales emergen en los discos de acreción debido a la fragmentación inducida por la inestabilidad gravitatoria. Sin embargo, el disco descubierto en esta investigación es caliente y turbulento, lo que le permite equilibrar su propia gravedad.

Al tratar de explicar este fenómeno, los investigadores propusieron una explicación alternativa: que las espirales fueron inducidas por una perturbación externa. Los investigadores propusieron esta explicación después de detectar un objeto de unas tres masas solares, posiblemente la fuente de la perturbación externa, a varios miles de unidades astronómicas del disco.

Para verificar esta proposición, los investigadores calcularon varias docenas de posibles órbitas de este objeto. Descubrieron que solo una de estas órbitas podía perturbar el disco al nivel observado. Posteriormente, llevaron a cabo una simulación numérica en la plataforma de supercomputación de alto rendimiento del Observatorio Astronómico de Shanghai para rastrear la trayectoria del objeto intruso. Los científicos pudieron reproducir con éxito toda la historia del objeto que volaba por el disco hace más de 10.000 años, cuando habría agitado espirales en el disco.

«La buena coincidencia entre los cálculos analíticos, la simulación numérica y las observaciones de ALMA proporciona evidencia sólida de que los brazos espirales en el disco son reliquias del sobrevuelo del objeto intruso», dijo el Dr. Lu.

Este hallazgo demuestra claramente que los discos de acreción en las primeras etapas evolutivas de la formación estelar están sujetos a procesos dinámicos frecuentes, como sobrevuelos, y estos procesos pueden influir sustancialmente en la formación de estrellas y planetas.

Curiosamente, los sobrevuelos también pueden haber ocurrido en nuestro propio sistema solar: un sistema estelar binario conocido como la estrella de Scholz voló por el sistema solar hace unos 70,000 años, probablemente penetrando a través de la nube de Oort y enviando cometas al sistema solar interior.

El estudio actual sugiere que para estrellas más masivas, especialmente en el entorno de alta densidad estelar alrededor del Centro Galáctico, tales sobrevuelos también deberían ser frecuentes. «La formación de esta protoestrella masiva es similar a la de sus primos de menor masa como el Sol, con discos de acreción y eventos de sobrevuelo involucrados. Aunque las masas estelares son diferentes, ciertos mecanismos físicos en la formación de estrellas podrían ser los mismos. Esto proporciona pistas importantes para resolver el misterio de la formación de estrellas masivas», dijo el Dr. Lu.

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