Observan pareja de estrellas jóvenes y masivas envueltas en vapor de agua salada.

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un equipo de astrónomos detectó una pareja de estrellas bebés masivas creciendo en una sopa cósmica salada. Cada una está rodeada de un disco de gas que contiene moléculas de cloruro de sodio (conocido comúnmente como sal de mesa) y vapor de agua caliente. Tras analizar las emisiones de radio de la sal y el agua, los astrónomos descubrieron que los discos giran en sentidos opuestos. Esta es la segunda vez que se detecta sal alrededor de estrellas jóvenes y masivas, con lo cual la sal es un excelente marcador para estudiar el entorno inmediato de estrellas bebés gigantes.

Imagen compuesta de la protoestrella binaria masiva IRAS 16547-4247 obtenida por ALMA. Los colores representan las distintas distribuciones de partículas de polvo (en amarillo), cianuro metílico (CH3CN, en rojo), sal (NaCI, en verde) y vapor de agua caliente (H2O, en azul). El polvo y el cianuro metílico abundan alrededor del sistema binario, mientras que la sal y el vapor de agua se concentran en el disco que rodea a cada protoestrella. Los chorros de una de las protoestrellas, representados por varios puntos en la imagen de arriba, se muestran en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tanaka et al.

En el Universo hay estrellas de distintas masas. Las más pequeñas tienen apenas una décima parte de la masa de nuestro Sol, mientras que las más grandes tienen diez masas solares, o incluso más. Independientemente de su masa, todas ellas se forman en nubes cósmicas de polvo y gas. Aunque llevan tiempo estudiando los orígenes de las estrellas, los astrónomos aún no entienden a cabalidad el proceso de formación de las estrellas masivas. Como se encuentran muy lejos de la Tierra y están rodeadas de enormes nubes con estructuras complejas, es muy difícil obtener una vista clara de las estrellas jóvenes y masivas y sus lugares de nacimiento.

Un equipo de astrónomos dirigido por Kei Tanaka, del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, aprovechó el poder de ALMA para estudiar los lugares donde se forman las estrellas masivas. Los astrónomos observaron la joven y masiva estrella binaria IRAS 16547-4247, y detectaron emisiones de radio de un amplio abanico de moléculas. Cerca de cada estrella, en el disco circumestelar, se detectó presencia de cloruro de sodio (NaCI) y agua caliente (H2O), mientras que en regiones más alejadas se detectaron moléculas como el cianuro metílico (CH3CN), que ya se habían observado numerosas veces en otros estudios de estrellas jóvenes y masivas.

“El cloruro de sodio se conoce comúnmente como sal de mesa, pero no es una molécula común en el Universo”, explica Tanaka. “Esta fue apenas la segunda vez que se detectó cloruro de sodio alrededor de estrellas jóvenes y masivas. La primera vez fue alrededor de Orión KL Fuente I, pero era una fuente tan particular que no estábamos seguros de que la sal fuera un buen marcador de los discos de gas que rodean las estrellas masivas. Estos resultados nos confirmaron que sí lo es. Y como las estrellas jóvenes adquieren masa gracias a los discos, es importante estudiar el movimiento y las características de los discos para entender cómo esas estrellas crecen”.

Imagen compuesta de la protoestrella binaria masiva IRAS 16547-4247 obtenida por ALMA. Los colores representan las distintas distribuciones de partículas de polvo (en amarillo), cianuro metílico (CH3CN, en rojo), sal (NaCI, en verde) y vapor de agua caliente (H2O, en azul). Los recuadros de la parte inferior son acercamientos a cada componente. El polvo y el cianuro metílico abundan alrededor del sistema binario, mientras que la sal y el vapor de agua se concentran en el disco que rodea a cada protoestrella. En la imagen de campo amplio, los chorros de una de las protoestrellas, representados por varios puntos en la imagen de arriba, se muestran en azul. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Tanaka et al.

Las recientes observaciones revelaron interesantes pistas sobre el origen del sistema binario. “Encontramos indicios de que los discos giran en direcciones opuestas”, señala Yichen Zhang, investigador del instituto RIKEN. Si las estrellas nacen juntas de un mismo disco de gas, sus discos giran naturalmente en el mismo sentido. “La rotación contraria de los discos podría ser una prueba de que estas estrellas en realidad no son gemelas, sino dos extrañas que se formaron en nubes distintas y se encontraron después”. Como las estrellas masivas casi siempre tienen compañeras, su observación es crucial para entender el origen de los sistemas binarios masivos. El equipo espera obtener más información sobre su formación a partir de nuevas observaciones y análisis.

La presencia de vapor de agua caliente y cloruro de sodio, liberados por la destrucción de partículas de polvo, es un indicio de la naturaleza caliente y dinámica de los discos que rodean las estrellas jóvenes y masivas. Lo interesante, en este caso, es que de los estudios sobre meteoritos ha trascendido que el disco que había cuando se estaba formando nuestro Sistema Solar también alcanzó altas temperaturas que provocaron la evaporación de partículas de polvo.  Con el Very Large Array [1], actualmente en etapa de diseño, los astrónomos podrán estudiar en detalle las moléculas liberadas por estas partículas de polvo. El equipo espera incluso encontrar pistas que les permitan entender el origen de nuestro Sistema Solar mediante la observación de discos calientes que contienen cloruro de sodio y vapor de agua caliente.

Representación artística de la protobinaria masiva IRAS 16547-4247. Un pequeño disco de gas rodea cada protoestrella dentro de un disco más grande. Ambas protoestrellas expiden chorros de gas molecular, y una tiene un chorro colimado que colisiona con el gas circundante y genera puntos brillantes a lo largo del flujo. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO).

Las estrellas bebé IRAS 16547-4247 se encuentran a 9.500 años luz de nosotros, en la constelación de Escorpio. Se calcula que tienen una masa total equivalente a 25 veces la masa del Sol y están rodeadas de una enorme nube que tiene una masa de 10.000 soles.

Notas.

[1] El Very Large Array de próxima generación (ngVLA) es un proyecto de construcción de un gran conjunto de radiotelescopios en Estados Unidos, encabezado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos. Se espera que el ngVLA haga contribuciones significativas a distintas áreas de investigación, como la formación de los planetas, la química interestelar, la evolución de las galaxias, los pulsares y la astronomía de mensajeros múltiples.

Información adicional

Los resultados de este estudio se consignaron en el artículo de K. E. I. Tanaka et al. titulado «Salt, Hot Water, and Silicon Compounds Tracing Massive Twin Disks» (‘Sal, agua caliente y compuestos de silicio en discos de gemelas masivas’), publicado en The Astrophysical Journal Letters el 25 de agosto de 2020.

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ), socio de ALMA en nombre de Asia del Este. Enlace artículo.

El equipo de investigación estuvo integrado por:

Kei E. I. Tanaka (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/Universidad de Osaka), Yichen Zhang (RIKEN), Tomoya Hirota (Observatorio Astronómico Nacional de Japón/SOKENDAI), Nami Sakai (RIKEN), Kazuhito Motogi (Universidad de Yamaguchi), Kego Tomida (Universidad de Tohoku/Universidad de Osaka), Jonathan C. Tan (Chalmers University of Technology/Universidad de Virginia), Viviana Rosero (Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos), Aya E. Higuchi (Observatorio Astronómico Nacional de Japón), Satoshi Ohashi (RIKEN), Mengyao Liu (Universidad de Virginia) y Koichiro Sugiyama (Instituto Nacional de Investigación Astronómica de Tailandia/Observatorio Astronómico Nacional de Japón)

Esta investigación forma parte del proyecto Cosmic_Gas, financiado con fondos del Consejo Europeo de Investigación (CEI) en el marco del programa de investigación e innovación Horizon 2020 de la Unión Europea (fondo n.º 740246), el proyecto MSTAR del Consejo Europeo de Investigación (CEI), el fondo 2017-04522 y el programa especial de innovación posdoctoral del instituto RIKEN. 

Enlaces de interés.

• Gigantes giratorias: observan nacimiento de un sistema binario estelar masivo.
• ALMA revela detalles de formación planetaria alrededor de estrella binaria.

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• Publicado en ALMA el 25 de septiembre del 2020, enlace publicación.