El brillante resplandor de una protoestrella remodela su vivero estelar

Una protoestrella masiva, todavía acunada dentro de su nube de creación de estrellas estrechamente empacada, recientemente surgió a la vida, brillando 70 veces más que anteriormente y calentando el polvo circundante de su vivero estelar. Este súbito estallido fue probablemente provocado por una avalancha de gas de formación de estrellas impactando contra la superficie de la estrella.

Un equipo de astrónomos hizo este descubrimiento mediante la comparación de nuevas observaciones del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) en Chile con observaciones anteriores de la Submillimeter Array (SMA) en Hawai.

Al comparar las observaciones de dos telescopios de longitud de onda milimétrica diferentes, ALMA y la SMA, los astrónomos observaron un estallido masivo en una nube formadora de estrellas. Debido a que las imágenes de ALMA son más sensibles y muestran detalles más finos, fue posible utilizarlas para simular lo que la SMA pudo haber visto en 2015 y 2016. Al restar las imágenes anteriores de SMA de las imágenes simuladas, los astrónomos pudieron ver que un cambio significativo se había producido en MM1 mientras que las otras tres fuentes milimétricas (MM2, MM3 y MM4) no han cambiado. ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); SMA, Harvard / Smithsonian CfA

«Tuvimos la suerte de detectar esta transformación espectacular de una protoestrella aparentemente ordinaria», dijo Todd Hunter, astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía (NRAO) en Charlottesville, Virginia, y autor principal de un artículo publicado en el Astrophysical Journal. «Al estudiar este objeto con ALMA y la SMA, pudimos ver que algo dramático había tenido lugar, cambiando completamente el vivero estelar en un período de tiempo sorprendentemente corto».

Esta transformación abrupta, que continúa hasta el día de hoy, apoya la teoría de que las estrellas jóvenes pueden experimentar intensos brotes de crecimiento, brillando muy rápidamente y remodelando su entorno.

Imagen de ALMA del polvo brillante dentro de NGC 6334I, un protocúmulo que contiene una estrella infantil que está experimentando un brote de crecimiento intenso, probablemente provocado por la avalancha de gas que cae sobre su superficie. ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); C. Brogan, B. Saxton (NRAO / AUI / NSF)

 

En 2008, antes de la era de ALMA, Hunter y sus colegas usaron el SMA para observar una pequeña pero activa porción de la Nebulosa de la Pata del Gato, una región formadora de estrellas masivas ubicada a unos 5.500 años luz de la Tierra en dirección a la constelación austral de Scorpio. Esta nebulosa es similar en muchos aspectos a su primo norteño, la Nebulosa de Orión, que también está rebosando estrellas jóvenes, conglomerados estelares y densos núcleos de gas que están a punto de convertirse en estrellas. La Nebulosa de la Pata del Gato, sin embargo, está formando estrellas a un ritmo más rápido.

Las observaciones de la SMA revelaron lo que parecía ser un protocúmulo típico; una densa región de polvo y gas que alberga varias estrellas aún en crecimiento.

Las estrellas jóvenes se forman en estas regiones tan apretadas cuando las bolsas de gas se vuelven tan densas que comienzan a colapsar bajo su propia gravedad. Con el tiempo, los discos de polvo y gas se forman alrededor de estas estrellas nacientes. Los discos ayudan a transportar el material sobre la superficie de la protoestrella, ayudándolo a crecer.

Este proceso, sin embargo, puede no ser completamente lento y estable. Los astrónomos ahora creen que las estrellas jóvenes pueden también experimentar rápidos brotes de crecimiento, durante los cuales pueden llegar a ser casi 100 veces más brillantes de lo normal y eclipsar a sus vecinos. Estos eventos también calientan rápidamente el material circundante, haciendo que se destaque de la nebulosa circundante, especialmente a milímetros de longitudes de onda.

Las nuevas observaciones tomadas en 2015 y 2016 con ALMA revelan que el mismo protocúmulo observado por la SMA, denominado NGC 6334I, cambió dramáticamente en algún momento en los últimos años. Ahora está brillando muchas veces más brillante, especialmente en la luz de longitud de onda milimétrica. También había adoptado una forma totalmente diferente, creciendo hasta casi el doble de su tamaño original. Estos cambios son claros indicios de que una protoestrella está en la agonía de un tremendo brote de crecimiento.

Los astrónomos especulan que antes de su estallido, un grupo de material extraordinariamente grande fue atraído hacia el disco de acreción de la estrella, creando un atasco de polvo y gas. Una vez que el material acumulado, el estallido libera una avalancha de gas en la estrella en crecimiento. Los investigadores creen que este fue el evento de acreción extrema que aumentó la luminosidad de la estrella casi 100 veces, calentando su entorno y haciendo que el polvo circundante brille. Aunque se han observado eventos similares en el infrarrojo, esta es la primera vez que un evento de este tipo se ha identificado en longitudes de onda milimétricas.

Para asegurarse de que las diferencias entre las observaciones no fueran el resultado de diferencias en los telescopios o incluso un simple error de procesamiento de datos, Hunter y sus colegas reprocesaron los datos de ALMA para que se ajustaran más a las capacidades de la SMA. Al restar digitalmente los datos originales de SMA de los datos de ALMA, los astrónomos confirmaron que ciertamente hubo un cambio significativo en la protoestrella.

«Una vez que nos aseguramos de que estábamos comparando los dos conjuntos de observaciones en un campo de juego uniforme, sabíamos que estábamos presenciando un momento muy especial en el crecimiento de una estrella», dijo Crystal Brogan, también con la NRAO y coautor del artículo.

Una confirmación adicional de este evento provino de datos complementarios tomados por el Observatorio de Radio Astronomía de Hartebeesthoek en Sudáfrica. Este observatorio de un solo plato estaba monitoreando las señales de radio de Masers en la misma región. Los Masers son el equivalente de radio cósmico de origen natural de los láseres y pueden ser alimentados por una variedad de procesos energéticos en todo el universo, incluyendo explosiones de estrellas que crecen rápidamente.

Los datos del observatorio de Hartebeesthoek revelaron el repunte abrupto y dramático en la emisión Maser de esta región a principios de 2015, pocos meses antes de la primera observación ALMA. Tal pico es precisamente lo que los astrónomos esperaban ver si había una protoestrella que experimentara un crecimiento destacado.

«Estas observaciones añaden evidencia a la teoría de que la formación estelar está marcada por una secuencia de eventos dinámicos que construyen una estrella, en lugar de un suave crecimiento continuo», concluyó Hunter. «También nos dice que es importante monitorear las estrellas jóvenes en la radio y las longitudes de onda milimétricas, porque estas longitudes de onda nos permiten mirar en las regiones más jóvenes, más profundamente incrustadas de formación de estrellas. La captura de estos eventos en la etapa más temprana puede revelar nuevos fenómenos del proceso de formación estelar «.

Imagen de portada:

Dentro de la nebulosa de la pata de  gato (NGC 6334), como se ve en una imagen infrarroja del telescopio espacial Spitzer de la NASA (izquierda), ALMA descubre como una estrella infantil está experimentando un crecimiento intenso, brillando casi 100 veces más brillante que antes y remodelando su vivero estelar. Crédito: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), T. Hunter; C. Brogan, B. Saxton (NRAO / AUI / NSF); GLIMPSE, NASA / JPL-Caltech

Fuentes:

https://public.nrao.edu/news/pressreleases/2017-alma-protostar-outburst

https://www.cfa.harvard.edu/news//2017-10

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