El telescopio antártico revela el ciclo del carbono estelar

Investigadores chinos se han aventurado en el frío y duro entorno de la Antártida para obtener una visión única de la formación estelar en el medio interestelar (ISM). La Expedición Nacional China de Investigación sobre la Antártida y el Ártico (CHINARE) ha logrado completar un estudio en el Domo A, el domo de hielo más alto de la meseta antártica, y ha recopilado datos submilimétricos para comprender mejor el ciclo del carbono en el ISM. Su investigación se publica en Science Advances.

Dificultades en la astronomía submilimétrica

En la mayoría de los lugares de la Tierra, la detección de longitudes de onda submilimétricas (frecuencias de terahercios) desde el espacio se ve inhibida por el vapor de agua en la atmósfera, que absorbe la radiación en estas longitudes de onda. Esto constituye un obstáculo importante para el estudio de las fases del carbono en el ISM, ya que el carbono se cicla entre las formas ionizada (C+), atómica (C0) y molecular (CO) en el medio interestelar. Estas transiciones producen emisiones en bandas de longitud de onda submilimétricas, lo que dificulta su detección desde la mayoría de los lugares.

Si bien telescopios terrestres anteriores han detectado algunas emisiones de [CI], la cobertura es limitada en comparación con los estudios de CO, y no se han cartografiado todas las fases de carbono en conjunto. No obstante, el Domo A en la Antártida ofrece las condiciones secas y de gran altitud necesarias para la astronomía submilimétrica, pero las observaciones exitosas han sido difíciles de lograr debido a las duras condiciones ambientales y los desafíos técnicos.

Perspectivas de ATE60 y el Domo A

Aunque los planes iniciales para observaciones submilimétricas en el Domo A albergaban grandes expectativas en telescopios de 5 o 2,5 metros, estos planes resultaron ser demasiado difíciles de implementar por ahora. En su lugar, el equipo utilizó el Antarctic Terahertz Explorer con una apertura de 60 cm (ATE60), que incluía un receptor SIS sensible. Cartografiaron las líneas de transición de carbono en dos regiones masivas de formación estelar, conocidas como RCW 79 y RCW 120, y luego combinaron los nuevos datos con observaciones de archivo de [CI] y CO para un análisis completo de la fase de carbono.

El equipo logró la caracterización completa de las tres fases de carbono en las dos regiones de formación estelar. Descubrieron que las regiones más frías y de alta extinción presentaban proporciones elevadas (0,3) de abundancia de carbono atómico a monóxido de carbono, o (C0)/CO. Esto es superior a los valores de la Vía Láctea, que suelen ser inferiores a 0,2.

El equipo consideró varios escenarios que podrían haber causado las elevadas proporciones de abundancia. Afirman que las altas tasas de ionización de rayos cósmicos podrían haber causado las abundancias de C0, pero que esto es improbable debido a la falta de fuentes prominentes de rayos cósmicos en la zona. También consideraron que la conversión de gas atómico a molecular podría haber provocado que el CO se formara más lentamente que el C0 durante fases anteriores, pero que esto también es improbable debido a las estrellas masivas que ya existen en estas nubes. En cambio, el equipo cree que la causa más probable es la radiación ultravioleta de las estrellas masivas cercanas. En cambio, en nubes moleculares evolucionadas expuestas a una intensa radiación UV, el CO se fotodisocia eficientemente en C0 mediante fotones UV. Por lo tanto, las elevadas proporciones de abundancia de C0/CO en nuestros objetivos se explican de forma más plausible por la disociación del CO impulsada por la radiación UV, resultante de los intensos campos de radiación UV de estrellas masivas cercanas. La comparación con los modelos PDR indica además que se requiere una estructura PDR grumosa, ya que permite la penetración profunda de los fotones UV necesaria para reproducir las proporciones de abundancia observadas, explican los autores del estudio.

El futuro astronómico del Domo A

El entorno único del Domo A ha demostrado su potencial en el ámbito de la astronomía submilimétrica, permitiendo a los investigadores acceder a datos inaccesibles en otras regiones. Este estudio es pionero y sienta las bases para futuros estudios astronómicos antárticos. Estos datos ayudan a revelar cómo las estrellas masivas configuran los entornos cósmicos que, en última instancia, conducen a la formación de planetas y vida.

Los autores del estudio añaden: «Sobre la base de esfuerzos pioneros previos en otros sitios antárticos, incluidos los del Telescopio Submilimétrico Antártico y Observatorio Remoto y el Telescopio Antártico de Alta Elevación de Terahercios, este hito confirma aún más las ventajas científicas únicas de la meseta antártica para estudiar la interacción de la química, la radiación y la formación estelar en el cosmos, destacando la importancia de avanzar en la astronomía antártica para alcanzar su máximo potencial en la ciencia submilimétrica y de terahercios».

Con información de Science