Nuevas observaciones han confirmado un paso clave en el proceso de formación estelar: un “viento cósmico” giratorio hecho de moléculas, que es de vital importancia para que las nubes de gas que colapsan se contraigan lo suficiente como para formar una estrella joven, densa y caliente.
El resultado se obtuvo a partir de observaciones de radio, combinadas con un análisis sofisticado que permitió a los astrónomos sondear el flujo de materia alrededor de una estrella joven en la nube oscura CB26 con mayor detalle que nunca. El trabajo ha sido publicado en la revista Astronomy & Astrophysics.
Las observaciones realizadas por Ralf Launhardt, líder de grupo del Instituto Max Planck de Astronomía, y sus colegas han determinado una parte importante del escenario estándar para la formación de nuevas estrellas: un mecanismo que explica cómo las nubes de gas pueden colapsar para dar origen a una nueva estrella. , sin verse destrozados por su propia rotación en el proceso.
Las nuevas estrellas se forman cuando el gas de una nube cósmica de hidrógeno colapsa bajo su propia gravedad y su temperatura aumenta. Más allá de un cierto umbral de densidad y temperatura, se produce la fusión nuclear, con núcleos de hidrógeno fusionándose para formar núcleos de helio. La energía que se libera mediante este proceso es la que hace brillar a las estrellas. Pero hay una complicación. Ninguna nube de gas en el cosmos está perfectamente quieta: todas las nubes giran al menos un poco. Cuando el gas se contrae, esa rotación se vuelve cada vez más rápida. Los físicos llaman a esto “conservación del momento angular”.
Fuera de la astronomía, en el patinaje artístico se sabe que cuando un patinador quiere girar muy rápido, comienza una rotación lenta con ambos brazos y una pierna estirados. Luego, acercan sus extremidades a su eje de rotación y la velocidad de rotación aumenta considerablemente.
Un problema y su (potencial) solución
Para la formación de estrellas, esto significa un problema potencial. El giro rápido implica fuerzas centrífugas, que arrojan la materia lejos del eje de rotación. Para un paseo en columpio o en un carrusel de columpios, eso es parte de la diversión: a medida que el carrusel gira, las sillas sostenidas por cadenas de los pasajeros se lanzan hacia afuera. Para una protoestrella, por otro lado, las fuerzas centrífugas podrían ser fatales: si se arroja suficiente material a medida que la nube colapsa y acelera su giro, es posible que no quede suficiente para formar una protoestrella en primer lugar.
Esto se conoce como el “problema del momento angular” de la formación estelar. En la década de 1980 se encontró una solución teórica para al menos una gran parte del problema. A medida que cae materia adicional sobre la protoestrella central naciente, se forma el llamado disco de acreción: un disco giratorio plano de gas y polvo, cuya materia acabará cayendo sobre la protoestrella del centro.
La física detrás de los discos de acreción es bastante complicada: parte del gas en el disco se convierte en plasma, y los átomos de hidrógeno se separan en un electrón y un protón cada uno. A medida que el plasma gira en el disco, crea un campo magnético. Este campo influye a su vez en el flujo de plasma: una pequeña cantidad de plasma se desplaza a lo largo de las líneas del campo magnético.
De vez en cuando, las partículas de plasma a la deriva chocan con moléculas (eléctricamente neutras); el resultado es que parte del gas molecular también se elimina. Estas moléculas forman un “viento de disco”, que puede quitarle un momento angular considerable al disco. La pérdida de momento angular ralentiza la rotación, disminuye las fuerzas centrífugas y podría resolver el problema del momento angular de la protoestrella.
De la hipótesis a la observación
Al principio, este escenario no era más que una hipótesis plausible. Para un observador en la Tierra, una estructura como un disco de acreción alrededor incluso de la estrella recién formada más cercana es realmente muy pequeña. Por eso los astrónomos tardaron más de 20 años en encontrar pruebas provisionales de la rotación en este tipo de flujo de masa: en 2009, Ralf Launhardt y sus colegas del Instituto Max Planck de Astronomía pudieron observar el flujo alrededor de una estrella joven en un pequeña nube de hidrógeno con la designación CB26. A una distancia de menos de 460 años luz de la Tierra, CB26 es uno de los sistemas de discos más cercanos conocidos alrededor de una protoestrella.
Las observaciones en cuestión se realizan con radiotelescopios que funcionan en longitudes de onda milimétricas, en este caso un conjunto de antenas llamado interferómetro Plateau de Bure. En efecto, estas antenas se combinan de manera inteligente para que actúen como una sola antena parabólica mucho más grande. Los radiotelescopios de este tipo pueden detectar la radiación característica de diferentes tipos de moléculas, en este caso el monóxido de carbono (CO). Cuando las moléculas se acercan o se alejan del observador, esa radiación característica se desplaza a longitudes de onda ligeramente más largas o más cortas (“desplazamiento Doppler”), lo que a su vez permite a los astrónomos seguir el movimiento del gas a lo largo de la línea de visión.
Las observaciones de 2009 mostraron que el flujo de gas que salía de la joven estrella estaba efectivamente en movimiento, y en la forma justa que uno esperaría de un viento de disco giratorio que quitara el momento angular. Pero no pudieron proporcionar detalles suficientemente finos como para permitir algún juicio sobre la distancia desde la estrella a la que se lanzó el viento desde el disco, una propiedad clave (piense en “apalancamiento”) que determina cuánto momento angular puede transportar el flujo de gas.
Observando los vientos del disco giratorio
Los nuevos resultados que se han publicado ahora confirman el caso. Para este trabajo, Launhardt y sus colegas pudieron realizar observaciones con una resolución angular mucho mayor. Utilizaron una configuración del observatorio Plateau de Bure en la que las antenas de radio estaban colocadas mucho más separadas que en sus primeras observaciones. También desarrollaron un sofisticado modelo físico-químico del disco, que les permitió distinguir las contribuciones del disco y las contribuciones del viento del disco.
Todo esto permitió a los astrónomos determinar las dimensiones del flujo en forma de cono: cerca del disco, el extremo inferior del cono tiene un radio de aproximadamente 1,5 veces la distancia entre la Tierra y Neptuno, más que suficiente para que el viento del disco lo arrastre. mucho momento angular. Esta fue la primera vez que esas dimensiones se determinaron directamente a partir de imágenes (reconstruidas).
Con estas mediciones, el argumento quedó confirmado: los vientos de disco pueden resolver la mayor parte del problema del momento angular de las protoestrellas. Launhardt y sus colegas también pudieron comparar sus mediciones con reconstrucciones indirectas de las dimensiones del viento del disco en otros nueve sistemas de discos estelares jóvenes que se habían publicado desde el artículo de 2009.
La comparación muestra una clara tendencia en el radio medio de la zona de origen del viento del disco, que ha ido creciendo con el tiempo: al principio, durante las primeras decenas de miles de años, hay vientos de disco muy concentrados, mientras que después de aproximadamente Hace un millón de años los vientos del disco son mucho más difusos.
Próximos pasos
Los astrónomos ya están planificando sus próximas observaciones de CB26. Mientras tanto, se ha actualizado el interferómetro Plateau de Bure. El nuevo observatorio, llamado NOEMA, tiene 12 antenas en lugar de las 6 anteriores y prevé configuraciones que pueden captar detalles dos veces más pequeños que su predecesor.
Pero si bien esos refinamientos son bastante prometedores, el paso clave es el que se da en el presente artículo: una confirmación sólida de que los vientos de disco son de hecho un factor importante para permitir la formación de protoestrellas en primer lugar y para resolver el problema del momento angular.
Con información de Astronomy & Astrophysics
