Las estrellas jóvenes en el patio trasero de la Vía Láctea desafían nuestra comprensión de cómo se forman

JWST y ALMA revelan cúmulos ocultos de estrellas jóvenes y revelan cómo nacieron algunas de las primeras estrellas del universo

Un equipo de astrónomos ha realizado descubrimientos revolucionarios sobre la formación de estrellas jóvenes en la Gran Nube de Magallanes (LMC), utilizando el telescopio espacial James Webb (JWST), junto con observaciones del Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). El estudio, publicado en The Astrophysical Journal, ofrece nuevos conocimientos sobre las primeras etapas de la formación de estrellas masivas fuera de nuestra galaxia.

Imagen compuesta creada con datos de JWST NIRCam y ALMA. La luz de las estrellas se muestra en amarillo, mientras que el azul y el violeta representan el polvo y el gas que alimentan la formación de estrellas. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello

Hace entre 6.000 y 7.000 millones de años, los cúmulos estelares eran la principal forma de formación de estrellas, y producían cientos de estrellas nuevas cada año. Este tipo de formación estelar ha ido disminuyendo y los cúmulos estelares son muy poco frecuentes en nuestro universo local. En la actualidad, solo se conocen dos cúmulos estelares en la Vía Láctea y uno en la LMC, todos ellos con millones de años de antigüedad. Las observaciones del JWST han proporcionado pruebas inequívocas de que la región N79 alberga un segundo cúmulo estelar en la LMC, con apenas 100.000 años de antigüedad. Este descubrimiento permite ahora a los astrónomos presenciar el nacimiento de un cúmulo estelar en nuestra galaxia vecina.

La LMC, una galaxia satélite de nuestra propia Vía Láctea, se encuentra a casi 160.000 años luz de la Tierra. Esta distancia relativamente “cercana” y su orientación frontal a la Tierra la convierten en un laboratorio ideal para estudiar la formación estelar extragaláctica. El instrumento de infrarrojo medio (MIRI) del JWST observó 97 objetos estelares jóvenes (YSO) en la región N79 de la LMC, donde se encuentra el cúmulo estelar recién descubierto, H72.97-69.39. La abundancia de elementos pesados ​​en la LMC es la mitad de la de nuestro Sistema Solar, condiciones de formación estelar similares a las de hace 6-7 mil millones de años. Esto ofrece a los astrónomos una idea de cómo pudo haber tenido lugar la formación estelar en los primeros días del universo.

Las imágenes de MIRI muestran que los YSO más masivos se reúnen cerca de H72.97-69.39, y los YSO menos masivos se distribuyen en las afueras de N79, un proceso conocido como segregación de masas. Lo que antes se creía que era una única estrella joven masiva ahora se ha revelado como un cúmulo de cinco estrellas jóvenes, sacado a la luz gracias a las imágenes precisas del JWST. Una de las cinco estrellas jóvenes es más de 500.000 veces más luminosa que el Sol, con más de 1550 estrellas jóvenes a su alrededor, como reveló la cámara de infrarrojo cercano (NIRCam) del JWST.

ALMA ha hecho importantes contribuciones al estudio de los YSO en la LMC, particularmente en la región N79. Observaciones anteriores de ALMA en esta región revelaron dos filamentos de polvo y gas de un parsec de longitud en colisión. En su punto de colisión se encuentra el cúmulo estelar H72.97-69.39, hogar de la protoestrella más luminosa identificada por el JWST. La colisión de filamentos de gas molecular podría ser el catalizador necesario para crear un cúmulo estelar, y las observaciones de ALMA proporcionan un contexto crucial para comprender el entorno a gran escala en el que se están formando estos YSO. Esta investigación de múltiples longitudes de onda, que combina datos del JWST y ALMA, permitió a los astrónomos estudiar la relación entre las estructuras de nubes moleculares a gran escala y el nacimiento de protoestrellas y cúmulos.

Reproducción artística de la formación de estrellas jóvenes en la Gran Nube de Magallanes. Las estrellas masivas y de baja masa aparecen dentro del gas nebuloso en el que nacen. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/S.Dagnello

“Estudiar los YSO en la LMC ofrece a los astrónomos un asiento en primera fila para presenciar el nacimiento de estrellas en una galaxia cercana. Por primera vez, podemos observar protoestrellas individuales de baja masa similares al Sol formándose en pequeños cúmulos, fuera de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea”, comparte Isha Nayak, autora principal de esta investigación. “Podemos ver con un detalle sin precedentes la formación de estrellas extragalácticas en un entorno similar a cómo se formaron algunas de las primeras estrellas en el universo”.

Con esta nueva investigación, los científicos han observado los YSO en varias etapas evolutivas, desde protoestrellas incrustadas muy jóvenes hasta objetos más evolucionados que ionizan su entorno. Estos datos proporcionan información sobre la compleja química que ocurre en estas guarderías estelares, incluida la presencia de hielo, moléculas orgánicas y polvo, conectando la formación de estrellas con la historia más amplia de cómo se distribuyen los elementos y compuestos en todo el universo. Estas diversas observaciones amplían la comprensión que los astrónomos tenían previamente sobre el ciclo de vida completo de las estrellas masivas. Nayak agrega: "Al arrojar luz sobre el nacimiento de un cúmulo de superestrellas en una galaxia cercana, esta investigación nos ayuda a comprender los procesos que dieron forma a los primeros cúmulos estelares y galaxias en nuestro universo y, en última instancia, llevaron a nuestra propia existencia".

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Acerca de ALMA

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una colaboración entre ESO, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) y los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón (NINS) en cooperación con la República de Chile. ALMA está financiado por ESO en nombre de sus estados miembros, por NSF en cooperación con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (NSTC) de Taiwán y por NINS en cooperación con la Academia Sinica (AS) de Taiwán y el Instituto de Astronomía y Ciencias Espaciales de Corea (KASI).

La construcción y las operaciones de ALMA están dirigidas por ESO en nombre de sus Estados miembros; por el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), gestionado por Associated Universities, Inc. (AUI), en nombre de Norteamérica; y por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) en nombre de Asia Oriental. El Observatorio Conjunto ALMA (JAO) se encarga de la dirección y la gestión unificadas de la construcción, puesta en servicio y operación de ALMA.

Acerca de NRAO

El Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) es una instalación de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., operada bajo un acuerdo de cooperación con Associated Universities, Inc.

Publicado en NRAO el 15 de enero del 2025, enlace publicación.