Orión KL, protoestrella masiva.

ALMA observa el grito de nacimiento de una joven estrella masiva.

Imagen 1. Representación artística de Orión KL Fuente I. La protoestrella masiva está rodeada por un disco de polvo y gas. El chorro es eyectado desde la superficie de la parte externa del disco.
Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Un equipo internacional de investigadores usó el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para entender cómo se genera el enigmático chorro de gas de una joven estrella. Al observar este astro con ALMA, los astrónomos obtuvieron indicios fehacientes de que el chorro gira. El movimiento y la forma del chorro indican que la interacción de las fuerzas centrífugas y magnéticas de un disco presente alrededor de la estrella desempeñan un papel fundamental en el nacimiento de la estrella.

Las estrellas se forman a partir de polvo y gas presentes en el espacio interestelar. Pero los astrónomos todavía no entienden del todo cómo se forman las estrellas masivas que habitan el cosmos. Un aspecto clave del fenómeno es la rotación del gas. La nube madre rota lentamente en la etapa inicial, y la rotación se acelera a medida que la nube se encoge bajo el efecto de su propia gravedad. Las estrellas que se forman de esta manera deberían girar muy rápido, pero las observaciones han demostrado que giran más lento de lo que se espera.

Cabe preguntarse, pues, cómo se disipa el impulso giratorio. Una explicación posible remite al gas que emana de las estrellas jóvenes. Si el chorro de gas también gira, es posible que quite impulso giratorio al sistema. Los astrónomos han intentado detectar la rotación del chorro para tantear este escenario y comprender cómo se produce el chorro. En algunos casos se encontraron indicios de esta rotación, pero ha sido difícil obtener imágenes de buena resolución, sobre todo alrededor de estrellas jóvenes masivas.

El equipo de astrónomos encabezado por Tomoya Hirota, profesor asistente del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y de la Universidad de Posgrado en Estudios Avanzados Sokendai, observó una joven estrella masiva llamada Orión KL Fuente I, en la famosa nebulosa de Orión, a 1.400 años luz de la Tierra. La nebulosa de Orión es la incubadora de estrellas masivas más cercana a la Tierra. Gracias a dicha cercanía y a las avanzadas capacidades de ALMA, el equipo logró revelar la naturaleza del chorro emitido por Fuente I.

“Hemos obtenido una imagen clara de la rotación del chorro”, afirma Hirota, autor principal del artículo publicado en la revista Nature Astronomy. “Además, los resultados obtenidos nos proporcionan datos importantes sobre el mecanismo de lanzamiento del chorro”.

Las nuevas observaciones de ALMA revelan claramente la rotación del chorro, que gira en el mismo sentido que el disco de gas que rodea la estrella. Esto es un excelente indicio de que el chorro desempeña un papel importante a la hora de disipar la energía giratoria.

Imagen 2. Orión KL Fuente I. La protoestrella masiva se encuentra en el centro, rodeada por un disco de gas (rojo). De la estrella sale un chorro bipolar de gas (azul). Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Hirota et al. | 

Asimismo, ALMA reveló que el chorro no es lanzado desde las cercanías de la estrella propiamente tal, sino del borde exterior del disco, una morfología que coincide con el “modelo de viento magnetocentrífugo del disco”. En este modelo, el gas del disco giratorio se desplaza hacia fuera por efecto de la fuerza centrífuga y luego hacia arriba a lo largo de líneas de fuerza, y de esa forma se genera el chorro. En observaciones anteriores, ALMA ya había encontrado indicios claros alrededor de una protoestrella de baja masa, pero había pocos indicios alrededor de protoestrellas masivas debido a que la mayoría de las incubadoras de estrellas masivas se encuentran lejos y son difíciles de observar en detalle.

Imagen 3. Rotación del chorro de Orión KL Fuente I revelada por ALMA. Los colores representan el movimiento del gas: el rojo muestra el gas que se aleja de nosotros y el azul corresponde el gas que se acerca. El disco se muestra en verde. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Hirota et al. | 

“Además de necesitar una alta sensibilidad y fidelidad, nuestro estudio requiere una alta resolución en longitudes de onda submilimétricas, que ALMA nos brindó por primera vez. Las ondas submilimétricas son una herramienta de diagnóstico única para estudiar la zona más céntrica del chorro, y fue precisamente allí que detectamos el movimiento giratorio”, explica Hirota. “La capacidad de resolución de ALMA será aún mayor en el futuro. Nos gustaría observar otros objetos para entender mejor el mecanismo de lanzamiento de los chorros y las condiciones de formación de las estrellas masivas con la ayuda de investigaciones teóricas”.

Información adicional

ALMA también produjo imágenes de la rotación de un chorro de gas en una protoestrella de baja masa. Véase el comunicado de prensa titulado “Baby star spits a ‘spinning jet’ as it munches-down on a ‘space hamburger’” (‘Estrella bebé escupe “chorro giratorio” mientras devora “hamburguesa espacial”’), publicado por el Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sinica de Taiwán.

Los resultados de este estudio se publicaron en el artículo de Hirota et al. titulado “Disk-driven rotating bipolar outflow in Orion Source I” (‘Chorro bipolar giratorio impulsado por disco en Orión Fuente I), en la revista Nature Astronomy el 12 de junio de 2017.

Antenas del ALMA.

Los miembros del equipo de investigación son:

Tomoya Hirota (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Masahiro Machida (Universidad de Kyushu), Yuko Matsushita (Universidad de Kyushu), Kazuhito Motogi (Universidad de Yamaguchi/NAOJ), Naoko Matsumoto (Universidad de Yamaguchi/NAOJ), Mi Kyoung Kim (Instituto Coreano de Astronomía y Ciencia Espacial), Ross A. Burns (Joint Institute for VLBI ERIC), Mareki Honma (NAOJ/SOKENDAI)

El estudio se financió con fondos otorgados por la Sociedad Japonesa para el Fomento de la Ciencia y el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología de Japón (n.o 21224002, 24684011, 25108005, 15H03646, 15K17613, 24540242 y 25120007).

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre el Observatorio Europeo Austral (ESO), la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado por ESO en representación de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Ciencias Astronómicas y Espaciales de Corea del Sur (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA son conducidas por ESO en nombre de sus estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en representación de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia del Este. El Joint ALMA Observatory (JAO) tiene a su cargo la dirección general y la gestión de la construcción, así como la puesta en marcha y las operaciones de ALMA.

Publicado en ALMA el 13 de junio del 2.016.