ALMA distingue dos reacciones diferentes en una estrella.

Los flujos de gas de una protoestrella.

Imagen de la protoestrella MMS5/OMC-3 obtenida con ALMA. La protoestrella se encuentra en el centro, y los flujos de gas son eyectados hacia el este y el oeste (izquierda y derecha). La lenta erupción se muestra en naranja y el chorro rápido, en azul. Aquí se ve claramente que los ejes de ambos no están alineados. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Matsushita et al.

Un equipo de astrónomos reveló los misteriosos orígenes de dos flujos de gas provenientes de una joven estrella. Gracias a ALMA, descubrieron que la lenta erupción y el rápido chorro emanados de la protoestrella tienen ejes distintos y que la erupción empezó a producirse antes que el chorro. El origen de estos dos flujos ha sido un misterio, y estas observaciones brindan indicios claros de que ambos provienen de partes diferentes del disco que rodea la protoestrella.

Las estrellas del Universo tienen masas que van de cientos de veces la masa de nuestro Sol a menos de una décima parte de dicha masa. Para entender las razones de tamaña variación, los astrónomos estudiaron el proceso de formación de las estrellas, a saber, la agregación de polvo y gas cósmico.

Las estrellas recién nacidas atraen el gas gracias a su fuerza gravitacional, pero parte del material es eyectado por las protoestrellas. Esta reacción proporciona pistas para entender el proceso de acumulación de masa.

Yuko Matsushita, estudiante de posgrado de la Universidad de Kyushu, Japón, y su equipo usaron ALMA para observar en detalle la estructura de este fenómeno de reacción en la joven estrella MMS5/OMC-3, y descubrieron dos flujos de gas diferentes: una erupción lenta y un rápido chorro. Aunque ya se habían observado casos similares en ondas de radio, MMS5/OMC-3 resultó ser un fenómeno excepcional.

“Al medir el efecto Doppler de las ondas de radio, podemos calcular la velocidad y la duración de los flujos de gas”, señala Matsushita, autora principal de un artículo publicado en la revista The Astrophysical Journal. “Descubrimos que el chorro y la erupción comenzaron hace 500 y 1.300 años, respectivamente. Son flujos de gas bastante jóvenes”.

Representación artística de la joven estrella MMS5/OMC-3. Las observaciones
de ALMA permitieron identificar dos flujos de gas emanados de una protoestrella:
un rápido chorro colimado y una lenta erupción de ángulo amplio cuyos ejes
no están alineados. Créditos: NAOJ.

Más interesante aún fue el descubrimiento de que los ejes de los dos flujos tienen una diferencia de alineación de 17 grados. Si bien los ejes de los flujos pueden desplazarse a lo largo de grandes períodos debido a la precesión de la estrella, en este caso, al tratarse de flujos de gas extremadamente jóvenes, los investigadores concluyeron que la diferencia de alineación no se debe a la precesión sino al proceso de expulsión de estos flujos.

Actualmente hay dos modelos que compiten a la hora de explicar el mecanismo de formación de los chorros y erupciones protoestelares. Algunos investigadores dan por sentado que los dos flujos se generan de forma independiente, en diferentes partes del disco de gas que rodea la joven estrella central, mientras que otros postulan que el chorro se forma primero y luego, al influir en el material circundante, genera las erupciones más lentas. Pese a las numerosas observaciones realizadas a la fecha, los astrónomos aún no llegan a un consenso.

La diferencia de alineación entre ambos flujos podría producirse en el “modelo independiente”, pero difícilmente ocurriría en el “modelo de influjo”. Por lo demás, el equipo descubrió que la erupción se produjo bastante antes que el chorro, lo cual avala claramente el modelo de formación independiente.

“La observación coincide claramente con los resultados de mi simulación”, afirma Masahiro Machida, profesor de la Universidad de Kyushu. Hace unos diez años, el profesor Machida realizó simulaciones pioneras usando una supercomputadora del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. En la simulación, la erupción de ángulo amplio es eyectada de la zona externa del disco de gas que rodea una protoestrella, mientras que el chorro colimado se genera de forma independiente en el área central del disco. “La diferencia de alineación entre los dos flujos de gas podría ser un indicio de que el disco que rodea la protoestrella está deformado”, prosigue Machida.

Esta imagen de las antenas de ALMA sobre el llano de Chajnantor, a 5000 metros de altura
en los Andes chilenos, fue tomada pocos días antes del comienzo de la Ciencia Inicial
con ALMA. En el llano se pueden ver diecinueve antenas.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/W. Garnier (ALMA)

“La gran sensibilidad de ALMA, sumada a su alta resolución angular, nos permitirá encontrar cada vez más sistemas energéticos de chorros y erupciones como MMS5/OMC-3”, celebra Satoko Takahashi, astrónoma del Observatorio Astronómico Nacional de Japón y del Joint ALMA Observatory y coautora del artículo. “Nos ayudará a obtener más pistas sobre los mecanismos de formación de los chorros y erupciones. Además, al estudiar estos objetos, podremos entender cómo funcionan los procesos de acreción y eyección de masa en las primeras etapas de formación estelar”.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de Matsushita et al. titulado “Very Compact Extremely High Velocity Flow toward MMS 5 / OMC-3 Revealed with ALMA” (‘Flujo muy compacto y extremadamente rápido hacia MMS5/OMC-3 revelado por ALMA’) en la edición de febrero de 2019 de la revista The Astrophysical Journal.

El equipo de investigación estuvo integrado por:

Yuko Matsushita (Universidad de Kyushu), Satoko Takahashi (Joint ALMA Observatory/ Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Masahiro Machida (Universidad de Kyushu) y Koji Tomisaka (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI).

La investigación fue financiada por JSPS KAKENHI (n.º 17K05387, 17H06360, 17H02869, 15K05032) y el Programa de Pasantía Científica del Joint ALMA Observatory.

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 Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST), 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.

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• Publicado en ALMA el 27 de febrero del 2.019, enlace publicación.