Hubble muestra que las salidas torrenciales de las estrellas infantiles pueden que no dejen de crecer

Aunque nuestra galaxia es una ciudad inmensa de al menos 200 mil millones de estrellas, los detalles de cómo se formaron permanecen en gran parte envueltos en el misterio.

Estas cuatro imágenes tomadas por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA revelan el nacimiento caótico de estrellas en el complejo de Orión, la región de formación estelar principal más cercana a la Tierra. Las instantáneas muestran estrellas incipientes enterradas en capullos gaseosos polvorientos que anuncian sus nacimientos desatando fuertes vientos, así como pares de chorros giratorios estilo aspersor de césped que se disparan en direcciones opuestas. La luz del infrarrojo cercano atraviesa la región polvorienta para revelar detalles del proceso del parto. Las salidas estelares están excavando cavidades dentro de la nube de gas, compuesta de gas hidrógeno. Esta etapa de nacimiento relativamente breve dura unos 500.000 años. Aunque las estrellas mismas están envueltas en polvo, emiten una poderosa radiación que golpea las paredes de la cavidad y dispersa los granos de polvo, iluminando con luz infrarroja los huecos en las envolturas gaseosas. Los astrónomos encontraron que las cavidades en la nube de gas circundante esculpida por el flujo de salida de una estrella en formación no crecían regularmente a medida que maduraban, como proponen las teorías. Las estrellas jóvenes en estas imágenes son solo un subconjunto de un ambicioso estudio de 304 estrellas en desarrollo, el más grande hasta la fecha. Los investigadores utilizaron datos recopilados previamente de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA y del Telescopio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea. Las protoestrellas fueron fotografiadas en luz infrarroja cercana por la cámara de campo amplio 3 del Hubble. Las imágenes fueron tomadas el 14 de noviembre de 2009 y el 25 de enero, el 11 de febrero y el 11 de agosto de 2010. Créditos:  NASA, ESA, STScI, N. Habel y S. T. Megeath (Universidad de Toledo)

Los científicos saben que las estrellas se forman a partir del colapso de enormes nubes de hidrógeno que son comprimidas por la gravedad hasta el punto en que se enciende la fusión nuclear. Pero solo alrededor del 30 por ciento de la masa inicial de la nube termina como una estrella recién nacida. ¿A dónde va el resto del hidrógeno durante un proceso tan terriblemente ineficiente?

Se ha asumido que una estrella recién formada expulsa una gran cantidad de gas caliente a través de chorros salientes en forma de sable de luz y vientos huracanados lanzados desde el disco circundante por poderosos campos magnéticos. Estos fuegos artificiales deberían sofocar un mayor crecimiento de la estrella central. Pero una nueva y completa encuesta del Hubble muestra que esta explicación más común no parece funcionar, dejando a los astrónomos desconcertados.

Los investigadores utilizaron datos recopilados previamente de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA y el Telescopio Espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea para analizar 304 estrellas en desarrollo, llamadas protoestrellas, en el Complejo de Orión, la principal región de formación de estrellas más cercana a la Tierra. (Spitzer y Herschel ya no están operativos).

En este estudio de estrellas nacientes más grande hasta la fecha, los investigadores están descubriendo que la eliminación de gas por el flujo de salida de una estrella puede no ser tan importante para determinar su masa final como sugieren las teorías convencionales. El objetivo de los investigadores era determinar si las salidas estelares detienen la entrada de gas en una estrella y evitan que crezca.

En cambio, encontraron que las cavidades en la nube de gas circundante esculpida por el flujo de salida de una estrella en formación no crecían regularmente a medida que maduraban, como proponen las teorías.

"En un modelo de formación estelar, si comienzas con una cavidad pequeña, a medida que la protoestrella evoluciona rápidamente, su flujo de salida crea una cavidad cada vez más grande hasta que el gas circundante finalmente desaparece, dejando una estrella aislada", explicó el investigador principal. Nolan Habel de la Universidad de Toledo en Ohio.

"Nuestras observaciones indican que no hay un crecimiento progresivo que podamos encontrar, por lo que las cavidades no están creciendo hasta que expulsan toda la masa en la nube. Por lo tanto, debe haber algún otro proceso que elimine el gas que no no terminará en la estrella ".

Los resultados del equipo aparecerán en un próximo número de The Astrophysical Journal.

Ha nacido una estrella

Durante la etapa de nacimiento relativamente breve de una estrella, que dura solo unos 500.000 años, la estrella rápidamente aumenta de masa. Lo que se complica es que, a medida que la estrella crece, lanza un viento, así como un par de chorros giratorios estilo aspersor de césped que se disparan en direcciones opuestas. Estas salidas comienzan a devorar la nube circundante, creando cavidades en el gas.

Las teorías populares predicen que a medida que la estrella joven evoluciona y continúan los flujos de salida, las cavidades se ensanchan hasta que toda la nube de gas alrededor de la estrella desaparece por completo. Con su tanque de gasolina vacío, la estrella deja de acumular masa, en otras palabras, deja de crecer.

FUENTES DE LÚPULO EN ORION. Esta imagen terrestre ofrece una vista amplia de todo el complejo de nubes de Orión, la principal región de formación de estrellas más cercana a la Tierra. El material rojo es gas hidrógeno ionizado y calentado por radiación ultravioleta de estrellas masivas en Orión. Las estrellas se están formando en nubes de gas hidrógeno frío que son invisibles o aparecen como regiones oscuras en esta imagen. La forma de media luna se llama Barnard's Loop y envuelve parcialmente la figura de la constelación de invierno de Orión el Cazador. El cinturón del cazador es la cadena diagonal de tres estrellas en el centro de la imagen. Sus pies son las estrellas brillantes Saiph (abajo a la izquierda) y Rigel (abajo a la derecha). Este paisaje abarca decenas de miles de estrellas recién formadas que cobran vida. Muchos todavía están encerrados en sus capullos natales de gas y polvo y solo se ven en luz infrarroja. La línea ondulada de puntos amarillos, que comienza en la parte inferior izquierda, es una imagen superpuesta de 304 estrellas nacientes tomada por el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. Los investigadores utilizaron los telescopios espaciales Hubble y Spitzer de la NASA y el telescopio espacial Herschel de la Agencia Espacial Europea para analizar cómo los poderosos flujos de salida de las estrellas jóvenes excavan cavidades en las vastas nubes de gas. El estudio es la encuesta más grande jamás realizada sobre estrellas en desarrollo. Créditos: Imagen cortesía de R. B. Andreo, DeepSkyColors.com; Superposición de datos: NASA, ESA, STScI, N. Habel y S. T. Megeath (Universidad de Toledo)

Para buscar el crecimiento de la cavidad, los investigadores primero clasificaron las protoestrellas por edad analizando los datos de Herschel y Spitzer de la producción de luz de cada estrella. Las protoestrellas en las observaciones del Hubble también se observaron como parte del Herschel Orion Protostar Survey del telescopio Herschel.

Luego, los astrónomos observaron las cavidades en luz infrarroja cercana con la cámara de infrarrojo cercano y el espectrómetro multiobjeto y la cámara de campo amplio 3 del Hubble. Las observaciones se tomaron entre 2008 y 2017. Aunque las estrellas están envueltas en polvo, emiten una poderosa radiación. que golpea las paredes de la cavidad y dispersa los granos de polvo, iluminando los huecos en las envolturas gaseosas con luz infrarroja.

Las imágenes del Hubble revelan los detalles de las cavidades producidas por protoestrellas en varias etapas de evolución. El equipo de Habel utilizó las imágenes para medir las formas de las estructuras y estimar los volúmenes de gas eliminados para formar las cavidades. A partir de este análisis, pudieron estimar la cantidad de masa que había sido eliminada por los estallidos de las estrellas.

"Encontramos que al final de la fase protoestelar, donde la mayor parte del gas ha caído de la nube circundante a la estrella, varias estrellas jóvenes todavía tienen cavidades bastante estrechas", dijo el miembro del equipo Tom Megeath de la Universidad de Toledo. "Entonces, esta imagen que todavía se tiene comúnmente de lo que determina la masa de una estrella y lo que detiene la caída de gas es que esta creciente cavidad de salida recoge todo el gas. Esto ha sido bastante fundamental para nuestra idea de cómo la formación de estrellas continúa, pero simplemente no parece ajustarse a los datos aquí ".

Los telescopios futuros, como el próximo telescopio espacial James Webb de la NASA, sondearán más profundamente en el proceso de formación de una protoestrella. Las observaciones espectroscópicas de Webb observarán las regiones internas de los discos que rodean las protoestrellas en luz infrarroja, buscando chorros en las fuentes más jóvenes. Webb también ayudará a los astrónomos a medir la tasa de acreción de material del disco a la estrella y estudiar cómo el disco interno está interactuando con el flujo de salida.

Créditos: NASA, ESA y N. Habel y S. T. Megeath (Universidad de Toledo)

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ENLACES RELACIONADOS:

• El artículo científico de N. Habel et al.
• Portal Hubble de la NASA
• Liberación de la Universidad de Toledo

• Publicado en HubbleSite el 18 de marzo del 2021, enlace publicación.