Descifran el misterio de la formación de estrellas masivas

Un equipo colaborativo ha revelado nueva evidencia observacional que arroja luz sobre el misterio de la formación de estrellas masivas. Investigadores de la Universidad de Yunnan, el Observatorio Astronómico de Shanghái de la Academia China de Ciencias y la Universidad de Chile, junto con otras instituciones nacionales e internacionales, han publicado sus hallazgos en la serie de suplementos de The Astrophysical Journal.

Las estrellas nacen en densos cúmulos de nubes moleculares en el universo, donde la densidad de los núcleos puede superar los 10⁶ cm⁻³. Estos densos núcleos sirven como semilla para la formación de estrellas de alta masa, que tienen más de ocho veces la masa del Sol. Sin embargo, aún no se comprende completamente cómo los cúmulos masivos se fragmentan en núcleos individuales que dan origen a estrellas.

Para resolver este enigma, los investigadores utilizaron el telescopio interferométrico milimétrico más potente del mundo, el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), para examinar una característica clave de la fragmentación de las nubes: la separación entre los núcleos densos. Utilizando ALMA, observaron 139 cúmulos protoestelares masivos, brillantes en el infrarrojo, a una longitud de onda de 1,3 milímetros. Su estudio de alta resolución identificó cerca de 1600 núcleos densos, lo que demuestra que la separación media entre núcleos adyacentes es casi cinco veces menor que la que predice la teoría de fragmentación térmica de Jeans.

En otras palabras, la distribución de los núcleos densos dentro de los cúmulos es muy compacta, lo que indica que la gravedad domina el proceso de fragmentación. Estas nuevas observaciones respaldan firmemente la idea de que la fragmentación térmica de Jeans es el mecanismo dominante en la formación de estrellas agrupadas de alta masa.

Los investigadores propusieron dos posibles explicaciones para la distribución compacta de los núcleos densos. Una se asemeja a la fragmentación multinivel dentro del cúmulo de nubes, y la otra implica la evolución dinámica del cúmulo natal: los núcleos recién formados se van agrupando cada vez más con el tiempo. Una mayor verificación observacional de estas dos posibilidades podría aportar restricciones clave a los modelos teóricos existentes de formación estelar.

Búsqueda de núcleos masivos de formación estelar: una decisión clave en la trayectoria de crecimiento
Otro punto destacado del estudio es la búsqueda de núcleos masivos de formación estelar: núcleos masivos sin estrellas. Se supone que son masivos (superan al menos 16 masas solares), extremadamente densos (>10⁶ cm⁻³) y aún no han iniciado su formación estelar. Dichos núcleos sirven como criterio crítico para determinar la trayectoria de formación de estrellas de alta masa. Por ejemplo, el modelo predominante de «acreción turbulenta del núcleo» postula que las estrellas de alta masa se forman a partir de núcleos preexistentes y aislados sin estrellas mediante colapso gravitacional y rápida acreción del material circundante.

En contraste, el ampliamente debatido modelo de «acreción competitiva» sugiere que las estrellas de alta masa se originan a partir de un cúmulo de núcleos de baja masa que se convierten en «grandes» mediante la acreción competitiva de material gaseoso.

De los casi 1600 núcleos densos detectados, los investigadores identificaron solo dos candidatos masivos (de aproximadamente 17 a 21 masas solares, con un radio de unas 5000 unidades astronómicas). Ambos presentan estructuras densas y compactas, y muestran solo débiles emisiones de líneas moleculares internas, sin indicios de actividades conocidas de formación estelar, como flujos de salida.

La escasez de núcleos semilla de formación estelar de alta masa indica que la mayoría de las estrellas de alta masa probablemente surgen de un cúmulo de núcleos de baja masa mediante una intensa competencia y una continua acreción de material, lo que proporciona nueva y sólida evidencia observacional que respalda el modelo de «acreción competitiva».

Este estudio proporciona evidencia convincente de cómo surgen las estrellas de alta masa, lo que amplía nuestra comprensión de las guarderías estelares en el universo.

Con información de The Astrophysical Journal Supplement Series