Máseres de hidrógeno revelan nuevos secretos de una estrella masiva a científicos de ALMA

Equipo científico usó líneas únicas de recombinación de hidrógeno en ondas de radio de MWC 349A para revelar chorros colimados ocultos.

Mientras usaban el Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) para estudiar los máseres presentes alrededor de la inusual estrella MWC 349A, un equipo científico descubrió algo inesperado: un desconocido chorro de material emanando del disco de gas de la estrella a velocidades inverosímiles. Se cree, además, que el chorro es generado por intensas fuerzas magnéticas presentes alrededor de la estrella. El hallazgo podría ayudar a la comunidad científica a entender la naturaleza y la evolución de las estrellas masivas, y entender cómo los máseres de hidrógeno se forman en el espacio. Las nuevas observaciones se presentaron hoy durante una conferencia de prensa en la asamblea n.o 241 de la Sociedad Astronómica de Estados Unidos (AAS, en su sigla en inglés) en Seattle (Washington, Estados Unidos).

Mientras estudiaba máseres (láseres naturales que amplifican las emisiones de radio en microondas) alrededor de la estrella masiva MWC 349A, un equipo científico descubrió un chorro saliendo del disco de gas de la estrella a 500 km/s, oculto entre los vientos que soplan hacia fuera de la estrella. La gran sorpresa es que el chorro podría ser generado por fuerzas magnéticas. Esta representación artística muestra un acercamiento de MWC 349A y el disco de polvo y gas circundante, cuya estructura se ve afectada por los vientos y el chorro de alta velocidad. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF) 

Las características únicas de MWC 349A, que se encuentra a unos 3.900 años luz de la Tierra, en la constelación del Cisne, reviste especial interés para la investigación científica en longitudes de onda ópticas, infrarrojas y de radio. Esta estrella masiva, cuya masa es unas 30 veces mayor a la de nuestro Sol, es una de las fuentes de radio más luminosas del cielo, y uno de los pocos objetos conocidos que tienen máseres de hidrógeno. Estos máseres amplifican las emisiones de radio en microondas, lo cual ayuda a estudiar procesos que suelen ser demasiado pequeños para observar. Así fue como el equipo científico pudo mapear el disco de MWC 349A por primera vez.

“Un máser es como un láser natural”, explica Sirina Prasad, asistente de investigación y estudiante de pregrado del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian (CfA), y autora principal del artículo. “Es un área del espacio que emite una luz realmente intensa. Podemos verla y rastrearla hasta su origen, y esto nos ayuda a entender qué está sucediendo realmente”.

Gracias a la capacidad de resolución de la Banda 6 de ALMA, desarrollada por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO) de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, el equipo pudo usar los máseres para revelar estructuras desconocidas del entorno inmediato de la estrella. Qizhou Zhang, astrofísico sénior de CfA e investigador principal del proyecto, agrega: “Usamos máseres generados por hidrógeno para estudiar las estructuras físicas y dinámicas del gas que rodea MWC 349A, y descubrimos un disco de gas plano con un diámetro similar al del Sistema Solar. Esto confirma que la estrella tiene una estructura prácticamente horizontal. También detectamos un veloz chorro escondido entre los vientos que soplan alejándose de la estrella”. 

La estrella masiva MWC 349A es una de las fuentes de radio más luminosas del cielo. Sin embargo, a 3,900 años luz de distancia, el equipo científico necesitó ayuda para poder observarla de forma adecuada y, en este caso, descubrir un chorro saliendo del disco de gas de la estrella a 500 km/s. Este chorro se encontraba oculto entre los vientos que soplan hacia fuera de la estrella, pero fue descubierto gracias a la capacidad de resolución de la Banda 6 (a la derecha) y la Banda 7 (a la izquierda) de ALMA y a los máseres de hidrógeno, unos láseres que se generan naturalmente y amplifican las emisiones de radio en microondas, mostrada en esta imagen científica de ALMA. El hallazgo podría ayudar a la comunidad científica a entender mejor la naturaleza y la evolución de las estrellas masivas. Créditos: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), S. Prasad/CfA 

El chorro observado eyecta material hacia fuera de la estrella a una impresionante velocidad de 500 km por segundo, equivalente a viajar desde San Diego (California) hasta Phoenix (Arizona) literalmente en un abrir y cerrar de ojos. De acuerdo con el equipo de investigación, lo más probable es que para que un chorro sea tan veloz haya una fuerza magnética que lo impulse. En el caso de MWC 349A, podría tratarse de un viento magnetohidrodinámico, un tipo de viento cuyo movimiento es determinado por la interacción entre el campo magnético de la estrella y los gases presentes en el disco que la rodea.

“Hasta ahora pensábamos que MWC 349A estaba rodeada por un disco giratorio y vientos fotoevaporados. Aún no se había detectado un chorro colimado en este sistema. Aunque no sabemos a ciencia cierta de dónde viene o cómo se produce, podría ser generado por vientos magnetohidrodinámicos, y en ese caso el campo magnético sería responsable de eyectar material giratorio del sistema”, agrega Sirina Prasad. “Esto podría ayudarnos a entender mejor las dinámicas disco-viento de MWC 349A y la interacción entre los discos circumestelares, los vientos y los chorros de otros sistema estelares”.

Información adicional

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.

Publicado en ALMA el 12 de enero del 2023, enlace publicación.