SOFIA es testigo de un raro destello de acreción en una protoestrella masiva

Los datos infrarrojos obtenidos por SOFIA fueron cruciales para estudiar un estallido de una protoestrella masiva en la icónica Nebulosa de la Pata de Gato que ahora brilla a 50.000 veces la luminosidad del Sol.

La Nebulosa Pata de Gato (NGC 6334), fotografiada aquí por el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA utilizando el instrumento IRAC, es una región de formación de estrellas de la Vía Láctea. El filamento oscuro que atraviesa el centro de la nebulosa es una región particularmente densa de gas y polvo. El recuadro muestra la región de una protoestrella de gran masa recientemente visible con luminosidad anterior y posterior al estallido captada por el Observatorio Interamericano Cerro Tololo y el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja de la NASA, respectivamente. Créditos: Nebulosa de la pata de gato: NASA / JPL-Caltech; Recuadro izquierdo: De Buizer et al. 2000; Recuadro derecho: Hunter et al. 2021

Aunque el nacimiento de las estrellas está oculto a la vista incluso de los telescopios ópticos más poderosos, la luz infrarroja y milimétrica de longitud de onda más larga puede atravesar las toneladas de gas y polvo que oscurecen. Estas observaciones revelan los entornos donde se están formando las estrellas masivas, lo que permite a los astrónomos comparar finalmente la física que rige estos procesos menos conocidos con aquellos que están bien establecidos desde el punto de vista de la observación para las estrellas de baja masa como nuestro Sol.

Las estrellas se forman a través de la acumulación gradual y continua de materia de un disco circundante. Pero este proceso constante se interrumpe ocasionalmente cuando un grupo masivo del disco cae sobre la estrella en formación, provocando un tremendo estallido de energía que puede durar desde varios meses hasta cientos de años. Estos estallidos se han visto en docenas de protoestrellas de baja masa durante los últimos 50 años.

Mientras monitoreaban NGC 6334 I, un cúmulo de protoestrellas bien estudiado en la Nebulosa Pata de Gato, los investigadores descubrieron un estallido milimétrico de una protoestrella masiva con el Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, o ALMA. A diferencia de algunos de sus compañeros, esta protoestrella en particular está tan profundamente incrustada que ni siquiera era detectable en el infrarrojo antes del estallido.

Utilizando el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, o SOFIA, se volvió a visitar la región después del descubrimiento del estallido milimétrico. Las observaciones de los instrumentos FORCAST y HAWC + de SOFIA revelaron que la emisión infrarroja de la protoestrella también había aumentado considerablemente. No solo se podía ver la protoestrella en el infrarrojo, sino que ahora era la fuente de infrarrojos más brillante de todo el cúmulo.

"Los aspectos más interesantes de este estallido son la luminosidad extrema y la longevidad", dijo James De Buizer, científico senior de la Asociación de Investigación Espacial de Universidades para SOFIA con sede en Ames y coautor del estudio. "Este evento ahora excede todos los demás estallidos de acreción en protoestrellas masivas por un factor de aproximadamente tres tanto en la producción de energía como en la duración".

Debido a que la radiación generada por un evento de acreción surge principalmente en el infrarrojo, los datos de SOFIA son cruciales para derivar la luminosidad total de la estrella joven y los parámetros fundamentales del estallido. La combinación de los datos de SOFIA y ALMA permitió a los astrónomos probar predicciones de cómo se fragmentan los discos masivos. También les ayudó a descartar causas alternativas del estallido, como una fusión estelar, o explicaciones menos probables para la aparición repentina de la protoestrella, como cambios en las nubes de gas y polvo a lo largo de la línea de visión del telescopio.

“Dado que la distribución de materia que rodea a la estrella es grumosa, ocasionalmente caen fragmentos sobre la estrella en crecimiento”, dijo Todd Hunter, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía, o NRAO, en Charlottesville, Virginia, y autor principal del artículo. "En este caso, es posible que incluso haya provocado un cambio temporal en el tamaño y la temperatura de la protoestrella".

Estas observaciones muestran la importancia del acceso continuo al infrarrojo para permitir estudios en el dominio del tiempo de la importante etapa de acreción de la formación de estrellas masivas. Además, las nuevas observaciones proporcionan una fuerte evidencia de acreción episódica en estrellas masivas jóvenes. Es de suponer que tales explosiones de acreción, aunque raras para un objeto individual, a menudo ocurren en algún lugar de la galaxia, debido a la gran cantidad de protoestrellas en esta fase.

"Sin SOFIA, no sería posible realizar mediciones precisas de la masa y la luminosidad de este evento y eventos futuros", agregó el coautor Crystal Brogan, también astrónomo de NRAO.

Estos nuevos hallazgos confirman que la formación de estrellas de gran masa puede considerarse una versión ampliada del proceso mediante el cual nacen las estrellas de baja masa, como nuestro Sol. Las principales diferencias son que las estrellas masivas se formarían con discos más grandes, tasas de acreción más altas y en escalas de tiempo mucho más cortas (alrededor de 100.000 años en lugar de varios millones de años).

SOFIA, el Observatorio Estratosférico de Astronomía Infrarroja, es un avión Boeing 747SP modificado para transportar un telescopio de 106 pulgadas de diámetro. Es un proyecto conjunto de la NASA y el Centro Aeroespacial Alemán, DLR. El Centro de Investigación Ames de la NASA en el Silicon Valley de California administra el programa SOFIA, las operaciones científicas y misioneras en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de las Universidades con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA (DSI) en la Universidad de Stuttgart. El avión se mantiene y opera desde el Edificio 703 del Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, en Palmdale, California. El instrumento HAWC + fue desarrollado y entregado a la NASA por un equipo de varias instituciones dirigido por el Laboratorio de Propulsión a Chorro en Pasadena, California.

SOFIA es un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Alemana en DLR. DLR proporciona el telescopio, el mantenimiento programado de la aeronave y otro tipo de apoyo para la misión. El Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley de California gestiona el programa SOFIA, la ciencia y las operaciones de la misión en cooperación con la Asociación de Investigación Espacial de Universidades, con sede en Columbia, Maryland, y el Instituto Alemán SOFIA de la Universidad de Stuttgart. La aeronave es mantenida y operada por el Armstrong Flight Research Center Building 703 de la NASA, en Palmdale, California.

• Publicado en SOFIA-NASA el 6 de julio del 2021, enlace publicación.