ALMA observa “intruso” en flagrante acercamiento estelar raramente detectado hasta ahora

Gracias al Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) y al Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), un equipo científico registró un fenómeno pocas veces observado hasta ahora: el acercamiento de un objeto al sistema estelar Z Canis Majoris (Z CMa). Este objeto ajeno al sistema se acercó e interactuó con el entorno de la protoestrella binaria y gatilló la formación de unos largos y caóticos penachos de polvo y gas en el disco que la rodea.

Los científicos realizaron el primer estudio observacional en longitudes de onda múltiples de un objeto intruso que perturbó el disco protoplanetario (donde nacen planetas) que rodea la estrella Z Canis Majoris (Z CMa) de la constelación Canis Major. Esta imagen compuesta incluye datos de ALMA, del telescopio Subaru y del Jansky Very Large Array, que revelan en detalle las perturbaciones, tales como los extensos penachos de material generados en el disco protoplanetario de Z CMa por el objeto intruso. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ

Este tipo de fenómeno se había observado con cierta frecuencia en simulaciones computacionales de procesos de formación estelar, pero hasta ahora se habían realizado escasas observaciones directas, con lo cual había quedado relegado al plano teórico.

“Es difícil obtener pruebas de estos fenómenos de acercamiento porque ocurren muy rápido y cuesta detectarlos cuando ocurren. Lo que hicimos con las observaciones de Banda 6 de ALMA y con el VLA equivale a capturar la imagen de un rayo en el momento exacto en que azota un árbol”, explica Ruobing Dong, astrónomo de la Universidad de Victoria, en Canadá, e investigador principal del estudio. “Este hallazgo demuestra que los encuentros cercanos con estrellas jóvenes rodeadas por discos son reales, y no simples conjeturas formuladas en simulaciones computacionales. En observaciones anteriores se habían detectado acercamientos de este tipo, pero no se había logrado recabar pruebas exhaustivas como las que logramos en el estudio de Z CMa”.

A medida que crecen, las estrellas suelen interactuar con sus estrellas hermanas (estrellas que crecen en zonas cercanas), pero rara vez se las ha visto interactuar con objetos externos, conocidos como intrusos. Ahora los científicos realizaron observaciones de un objeto intruso que perturbó el disco protoplanetario presente alrededor de Z Canis Majoris, una estrella de la constelación Canis Major, un fenómeno que podría tener importantes consecuencias para el desarrollo de nuevos planetas. Estas perturbaciones, como los extensos penachos de gas detectados, fueron observadas en detalle por el telescopio Subaru en la banda H, el Karl G. Jansky Very Large Array en la banda Ka y por ALMA usando el receptor de Banda 6.  Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ

Las perturbaciones (o disturbios) como la que se observó en Z CMa no suelen ser causadas por objetos intrusos, sino por estrellas hermanas que crecen juntas. Hauyu Baobab Liu, astrónomo del Instituto de Astronomía y Astrofísica de la Academia Sinica, en Taiwán, y coautor del artículo, señala: “La mayoría de las veces las estrellas no se forman solas. Suelen ser mellizas, o incluso trillizas o cuatrillizas, que nacen juntas y pueden atraerse entre sí por efecto gravitacional y, en consecuencia, acercarse considerablemente. En ese momento, parte del material de los discos protoplanetarios de las estrellas puede verse desplazado y formar extensos penachos de gas que proporcionan pistas a los equipos astronómicos acerca de encuentros estelares anteriores”.

Nicolás Cuello, astrofísico e investigador titular de una beca Marie Curie en la Universidad de Grenoble Alpes, en Francia, y coautor del artículo, agrega que, en el caso de Z CMa, fue la morfología (o estructura) de estos penachos la que ayudó a los científicos a identificar y ubicar con precisión el intruso. “Los encuentros estelares causan cambios morfológicos en los discos (espirales, deformaciones, sombras, etc.) que delatan estos acercamientos. En este caso, al observar cuidadosamente el disco de Z CMa, detectamos la presencia de varios indicios de acercamientos”.

Dichos indicios no solo ayudaron al equipo científico a identificar el objeto intruso, sino que les permitieron deducir las consecuencias que tendrían estas interacciones para el futuro de Z CMa y los nuevos planetas que se están formando en el sistema, un proceso que sigue siendo un misterio para científicos y científicas. “Gracias a esta nueva investigación, ahora sabemos que estos acercamientos ocurren y que generan un importante impacto en los discos circumestelares gaseosos donde se forman los planetas, alrededor de las estrellas jóvenes”, afirma Nicolás Cuello. “Estos acercamientos pueden perturbar considerablemente los discos circumestelares que rodean las estrellas afectadas, tal como lo demuestran los extensos penachos observados alrededor de Z CMa”.

Por primera vez, los científicos detectaron un objeto intruso “invadiendo” un sistema estelar en desarrollo. Al combinar observaciones aisladas del telescopio Subaru (banda H, arriba a la derecha) con observaciones de emisión del continuo de polvo del VLA (banda Ka, segunda imagen a la derecha), del receptor de Banda 6 de ALMA (tercera imagen a la derecha) y de la línea 13CO (abajo a la derecha), los científicos pudieron entender a cabalidad cuánta perturbación causó este intruso, que generó fenómenos como largos penachos de gas que se extienden mucho más allá del disco protoplanetario presente alrededor de Z Canis Majoris, una estrella de la constelación Canis Major. Queda por determinar qué consecuencias tendrán estas perturbaciones para el nacimiento de nuevos planetas en este sistema estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), NAOJ

Hauyu Baobab Liu agrega: “Estas perturbaciones no solo generan penachos de gas, sino que también podrían incidir en la evolución térmica de las estrellas afectadas, como Z CMa. Esto podría causar fenómenos violentos como erupciones de acreción e incidir en el desarrollo del sistema estelar en su totalidad de formas que aún no hemos observado o determinado”.

Según Ruobing Dong, el estudio de la evolución y el crecimiento de los distintos sistemas estelares jóvenes de la galaxia ayuda a los equipos científicos a entender mejor el origen de nuestro propio Sistema Solar. “La observación de eventos como estos nos abre una ventana hacia el pasado, y nos permite incluso determinar lo que pudo haber sucedido en las primeras etapas de desarrollo de nuestro propio Sistema Solar, un proceso cuyos rastros desaparecieron hace tiempo. Observar fenómenos como este ocurriendo en sistemas solares que aún están formándose nos proporciona la información necesaria para deducir lo que pudo haber pasado en nuestro Sistema Solar hace mucho tiempo. Ahora, el VLA y ALMA nos dieron las primeras pistas para dilucidar este misterio, y las próximas generaciones de observatorios de este tipo abrirán nuevas ventanas hacia el Universo que nos permitirán realizar hallazgos con los cuales apenas soñamos”. Hace poco, el Observatorio Radioastronómico Nacional de Estados Unidos (NRAO, en su sigla en inglés) obtuvo el visto bueno para que su Laboratorio Central de Desarrollo (CDL) lleve a cabo un proyecto de actualización del receptor de Banda 6 de ALMA por varios millones de dólares, mientras que su Next Generation VLA (ngVLA) obtuvo un sólido respaldo de la comunidad astronómica en el marco de la evaluación decenal Astro2020. La actualización tecnológica de ambos telescopios se traducirá en mejores observaciones y, posiblemente, en un importante aumento en los hallazgos de objetos difíciles de detectar, como el intruso estelar de Z CMa. Ambos proyectos están siendo parcialmente financiados por la Fundación Nacional de Ciencia de EE. UU. (NSF). “Estas observaciones ponen de manifiesto la sinergia que se produce al usar un instrumento nuevo junto con uno más consolidado, y demuestra el potencial del receptor de Band 6 de ALMA”, celebra el Dr. Joe Pesce, astrofísico y ALMA Program Director del NSF. “Estoy ansioso por ver los resultados aún más reveladores que se obtendrán con la actualización del receptor de Banda 6 de ALMA”.

Un equipo científico detectó un objeto intruso que perturbó el disco protoplanetario (donde se forman planetas) de Z Canis Majoris (Z CMa), una estrella de la constelación Canis Major. En esta representación artística se aprecia el intruso mientras sale del sistema estelar, dejando detrás de sí un penacho de gas del disco protoplanetario. Los datos recabados por ALMA, el telescopio Subaru y el Karl G. Jansky Very Large Array sugieren que el objeto intruso es el responsable de la formación de estos penachos de gas y que su “visita” puede tener consecuencias aún sin predecir para el crecimiento y el desarrollo de futuros planetas en el sistema estelar. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Información adicional

Los resultados de esta investigación se publican como Dong et. al, «El probable acercamiento de la protoestrella binaria Z CMa atrapada en acción”, en Nature Astronomy, 10.1038/s41550-021-01558-y

El comunicado de prensa original fue publicado por el Observatorio Radioastronómico Nacional de los Estados Unidos (NRAO), socio de ALMA en nombre de América del Norte.

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). 

El Fotógrafo embajador de ESO Babak Tafreshi, captó esta impresionante imagen de las antenas del conjunto ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), con el esplendor de la Vía Láctea como fondo. La riqueza del cielo en esta imagen atestigua las insuperables condiciones para la astronomía que ofrece el llano de Chajnantor, un área de la región chilena de Atacama ubicada a 5.000 metros de altitud. En esta imagen podemos ver las constelaciones de Carina (La Quilla) y Vela (La Vela). La nubes de polvo de la Vía Láctea, oscuras y tenues, cruzan la imagen desde la parte superior izquierda hacia la parte inferior derecha. La brillante estrella naranja, arriba a la izquierda, es Suhail, en Vela, mientras que la estrella, también anaranjada, que hay en la parte superior (hacia el centro) es Avior, en Carina. De las tres estrellas brillantes azules que forman la “L” cerca de estas estrellas, las dos de la izquierda pertenecen a Vela, y la de la derecha a Carina. Y exactamente en el centro de la imagen, bajo estas estrellas, resplandece con incandescencia rosada la Nebulosa de Carina (eso1208). ESO, el socio europeo de ALMA, proporciona 25 de las 66 antenas que formarán el telescopio completo. Las dos antenas más cercanas a la cámara, en las cuales el observador puede ver las inscripciones “DA-43” y “DA-41”, son dos de estas antenas europeas. La construcción de todo el conjunto de ALMA se completará en el año 2013, pero el telescopio ya está llevando a cabo observaciones científicas con una parte del conjunto de antenas. Babak Tafreshi es fundador de The World At Night (El mundo de noche), un programa  para crear y exhibir una colección de imágenes y vídeos de time-lapse impactantes de los lugares más hermosos e históricos del mundo durante la noche, con estrellas, planetas y objetos celestes como fondo. El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre Europa, América del Norte y Asia Oriental  en cooperación con la República de Chile. La construcción y operaciones de ALMA en Europa están lideradas por ESO; en América del Norte por el National Radio Astronomy Observatory (NRAO), y en Asia Oriental por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Joint ALMA Observatory (JAO) proporciona al proyecto la unificación tanto del liderazgo como de la gestión de la construcción, puesta a punto y operación de ALMA. Crédito: ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

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 13 de enero del 2022, enlace publicación.