La formación estelar es un proceso físico fundamental en nuestro universo. Las estrellas iluminan el cosmos y dan origen a los planetas, algunos de los cuales podrían albergar vida. Si bien los humanos, sin duda, nos hemos preguntado sobre las estrellas desde tiempos prehistóricos, nuevas herramientas tecnológicas como la Vía Láctea han llevado nuestra curiosidad natural a un nivel completamente nuevo. Ahora podemos observar el interior de regiones oscuras y detectar estrellas jóvenes en sus capullos polvorientos.
Nuestra curiosidad intelectual se formalizó al menos desde la antigua Grecia, cuando Demócrito propuso que la Vía Láctea estaba compuesta de estrellas. Dos milenios después, el filósofo alemán Immanuel Kant reflexionó específicamente sobre cómo se forman las estrellas. En su obra de 1755, «Historia Natural Universal y Teoría de los Cielos», propuso que las estrellas se formaban cuando la materia nebular en rotación colapsaba gravitacionalmente, una evaluación notablemente precisa para la época.
Ahora los astrofísicos cuentan con modelos extremadamente detallados de la formación estelar, de cómo envejecen las estrellas y cómo llegan a su fin. Pero aún quedan muchas preguntas, y una de las razones por las que la NASA, la ESA y la CSA construyeron el JWST fue para buscar respuestas a ellas. Uno de los temas científicos del telescopio espacial es el Nacimiento de Estrellas y los Sistemas Protoplanetarios.
Como parte de su esfuerzo por responder a las preguntas sobre la formación estelar, el JWST observó Sagitario B2, la nube de gas de formación estelar más masiva y activa de toda la Vía Láctea. Se encuentra cerca del centro de la galaxia, a solo unos cuatrocientos años luz del agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, la estrella Sagitario A. Sagitario B2 (Sgr B2) tiene unos 150 años luz de diámetro y contiene aproximadamente tres millones de masas solares.
Sgr B2 está repleto de polvo brillante iluminado por un brillante conjunto de estrellas masivas. Pero es el contenido de gas de la nube lo que cuenta la verdadera historia. La densidad de hidrógeno de Sgr B2 es hasta 40 veces mayor que la de una nube molecular típica. La nube es conocida por su compleja estructura, donde la densidad del gas varía ampliamente con la temperatura. Investigar una región tan compleja es precisamente la razón por la que se construyó el JWST.
«Los potentes instrumentos infrarrojos del Webb proporcionan detalles nunca antes vistos, lo que nos ayudará a comprender algunos de los misterios aún elusivos de la formación de estrellas masivas y por qué Sagitario B2 es mucho más activo que el resto del centro galáctico», afirmó el astrónomo Adam Ginsburg, de la Universidad de Florida, coautor de la nueva investigación que presenta la observación del JWST.
La nueva investigación se titula «Primera vista del JWST de la nube de formación estelar más vigorosa del centro galáctico: Sagitario B2». El autor principal es Nazar Budaiev, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Florida. La investigación está disponible en el servidor de preimpresión arXiv.
«Reportamos observaciones realizadas por JWST NIRCAM y MIRI de Sgr B2, el sitio de formación estelar más activo de la galaxia», escriben los autores en su investigación. Las nuevas observaciones revelan la naturaleza multicapa y altamente estructurada de la nube, junto con dos poblaciones de estrellas masivas. Una es una población revelada de baja extinción, y la otra es una población oculta de alta extinción. En este contexto, baja extinción significa que gran parte de la luz de la estrella está bloqueada por el polvo, mientras que alta extinción significa que gran parte de la luz está bloqueada.
Sgr B2 se encuentra en la Zona Molecular Central (ZMC) de la Vía Láctea, una región rica en gas que alberga aproximadamente 60 millones de masas solares de gas de formación estelar, todo dentro de un complejo de nubes de gas. El gas en la ZMC es mucho más denso que en otras partes de la galaxia.
A pesar de contener todo ese gas, la tasa de formación estelar de la CMZ no es tan alta como se esperaba. «A pesar de contener alrededor del 80% del gas molecular denso de la galaxia, la CMZ solo forma alrededor del 10% de las estrellas, más de un orden de magnitud menor de lo que esperamos según las relaciones típicas de gas denso», explican los investigadores.
Esta discrepancia es una de las razones por las que los astrónomos observaron Sgr B2 con el JWST. Esperan comprender cómo funcionan las cosas en este entorno extremo. La tasa de formación estelar (TFE) de Sgr B2 es similar al período más activo de formación estelar alrededor de z = 2, durante el Mediodía Cósmico del universo. Los investigadores están especialmente interesados en su alta tasa de formación estelar (TFE), que la distingue de la CMZ.
«Sagitario B2 (Sgr B2) es un potente laboratorio para estudiar la formación y evolución estelar en condiciones similares al período más activo de formación estelar cósmica (z ≈ 2)», escriben los autores.
A pesar de la gran sensibilidad de estas observaciones, no se ha detectado una población extensa de YSO, lo que limita su extinción mínima; este resultado sugiere que la formación estelar apenas ha comenzado en la nube, escriben los autores.
Si bien las imágenes de Sgr B2 muestran multitud de estrellas, otro elemento destaca, especialmente en las imágenes del instrumento de infrarrojo medio del JWST.
Algunas partes de la nube son extremadamente oscuras. No porque no haya nada allí, sino porque el gas y el polvo son tan densos que ni siquiera el potente JWST puede ver su interior. Las densas nubes son el material del que se forman las estrellas, y es muy probable que en su interior haya YSO que aún no se han hecho visibles.
En conjunto, estos resultados sugieren que, a pesar de ser la nube con mayor actividad de formación estelar, hemos subestimado la formación estelar total en Sgr B2, explican los autores.
La nube particularmente roja en la imagen de MIRI está atrayendo mucha atención debido a que observaciones con otros telescopios revelaron su gran riqueza molecular. Sin embargo, estas nuevas imágenes del JWST representan la primera vez que los astrónomos la observan con tanta claridad. Su brillo se debe a su alta ionización por estrellas masivas jóvenes.
La pregunta central sobre Sgr B2 y la CMZ es por qué la formación estelar es tan alta en la primera, pero sorprendentemente baja en la segunda. Si bien estas observaciones no pueden explicar con exactitud el motivo, los datos detallados recopilados por el JWST y sus potentes instrumentos MIRI y NIRCam podrían conducir a una posible respuesta. «El JWST revela estrellas masivas y estructuras ionizadas previamente ocultas, ofreciendo una visión transformadora de cómo se forman las estrellas en algunas de las condiciones galácticas más extremas», escriben los autores.
Al descubrir una población dual de estrellas masivas de baja extinción reveladas y de alta extinción ocultas, el JWST ha demostrado que otros telescopios han pasado por alto una fracción significativa de la formación estelar en Sgr B2 que estaba oscurecida por el polvo. Además, el telescopio descubrió más de una docena de regiones HII previamente desconocidas.
Estas regiones contienen hidrógeno ionizado, lo que indica a los astrónomos que estrellas jóvenes y calientes se han formado recientemente y han ionizado el hidrógeno con una potente radiación ultravioleta.
Los humanos tenemos una larga historia de admiración por el cosmos, identificando cosas que necesitan una explicación y trabajando para encontrar una solución. Somos curiosos y nómadas intelectuales, y potentes herramientas tecnológicas como el JWST han amplificado nuestra capacidad de asombro.
«Los humanos hemos estudiado las estrellas durante miles de años, y aún queda mucho por comprender», afirmó Nazar Budaiev, estudiante de posgrado de la Universidad de Florida y coinvestigador principal del estudio. «Además de todo lo nuevo que el Webb nos muestra, también hay nuevos misterios por explorar, y es emocionante formar parte de este descubrimiento continuo».
Con información de arXiv
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