Sábado 23 de marzo de 2019, 10:13 (TU)

Observan la dinámica del gas en el interior de una nube molecular

Un equipo de astrónomos japoneses observó las interacciones del gas presente en el interior de una región de formación de estrellas usando el complejo de radiotelescopios ALMA en el desierto de Atacama, Chile. Las observaciones contradicen la idea de que el proceso de formación estelar se produce debido a la lenta contracción de las nubes de gas.

Los científicos, liderados por los astrónomos Kazuki Tokuda y Toshikazu Onishi, de la Universidad de la Prefectura de Osaka, analizaron una nube de gas de alta densidad llamada MC27/L1521F, a unos 450 años luz de nuestro planeta en la constelación de Tauro. Las observaciones iniciales, realizadas mediante un radiotelescopio de 45 metros perteneciente al Observatorio Astronómico Nacional de Japón, habían revelado que MC27 era una nube molecular con un núcleo de altísima densidad. Además, estudios anteriores mediante el telescopio espacial Spitzer de la NASA habían confirmado que MC27 contiene una protoestrella de muy baja luminosidad, oculta en el centro de la nube molecular.

Imagen compuesta en falso color, que muestra las observaciones de emisión continua de polvo (verde) y emisión de gas de alta densidad (rojo) combinadas con observaciones del telescopio espacial Spitzer de emisión infrarroja (azul). La imagen en infrarrojo muestra solamente la protoestrella central, mientras que los resultados observacionales de ALMA muestran núcleos de nubes moleculares de alta densidad y una nube de gas extendida. Créditos: Kazuki Tokuda, Osaka Prefecture University/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/JPL-Caltech.
Imagen compuesta en falso color, que muestra las observaciones de emisión continua de polvo (verde) y emisión de gas de alta densidad (rojo) combinadas con observaciones del telescopio espacial Spitzer de emisión infrarroja (azul). La imagen en infrarrojo muestra solamente la protoestrella central, mientras que los resultados observacionales de ALMA muestran núcleos de nubes moleculares de alta densidad y una nube de gas extendida. Créditos: Kazuki Tokuda, Osaka Prefecture University/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/JPL-Caltech.

Aprovechando la elevada sensibilidad y capacidad de resolución del observatorio ALMA, los astrónomos realizaron observaciones detalladas de las emisiones continuas de polvo en el centro de MC27, y las líneas moleculares de HCO+ del gas de alta densidad, para estudiar sus propiedades poco después del nacimiento de una protoestrella.

Las observaciones con ALMA revelaron un nuevo núcleo no estelar de alta densidad, contiguo a la estrella recién nacida. Este tipo de núcleos son considerados la etapa inmediatamente anterior al inicio de un proceso de formación estelar. El equipo de investigación también detectó una nube extendida de gas alrededor de MC27, que parece haberse formado por la interacción gravitacional dinámica entre dos o más núcleos de gas. Estas dinámicas, recién descubiertas, resultarán claves para comprender los procesos de formación estelar a partir de nubes de gas.

Las estrellas nacen en el interior de inmensas nubes moleculares, que tienen varias veces la masa del Sol y tamaños de hasta 0,1 años luz. Se sabe que las protoestrellas, o estrellas recién nacidas, se forman en los núcleos de las nubes moleculares a medida que aumenta la densidad del gas y el polvo, pero aún no se comprenden los mecanismos de distribución de ese material en torno a las protoestrellas, ni su dinámica y distribución durante el nacimiento de las protoestrellas.

Las observaciones con ALMA revelaron que en el centro de la nube MC27 no sólo hay gas rodeando a la protoestrella, sino también dos condensaciones adicionales de gas de alta densidad. Una de ellas, denominada MMS-2 y situada a unas 200 UA de distancia de la protoestrella, es el núcleo de mayor densidad descubierto hasta ahora en una zona de formación estelar de baja masa. Los investigadores creen que MMS-2, con una densidad de decenas de millones de moléculas de gas por centímetro cúbico, se encuentra en una etapa muy cercana al nacimiento de una protoestrella.

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Ilustración y descripción de la zona central de la nube molecular MC27, basada en los resultados de las observaciones realizadas por el complejo de radiotelescopios ALMA. Créditos: NAOJ.

Otro hallazgo de estas observaciones fue un chorro de gas expulsado por la protoestrella, más pequeño que los chorros detectados hasta ahora alrededor de otras protoestrellas. A juzgar por sus dimensiones y su velocidad, el chorro de esta protoestrella debería de haberse producido entre varias décadas y unos doscientos años atrás, lo que permite suponer que se trata de una protoestrella muy joven.

Los astrónomos también descubrieron la presencia de una nube extendida de gas, que parece ser una cola de MMS-2. La nube tiene una extensión de 2000 UA, y su velocidad difiere levemente de la del núcleo de la nube molecular. “Se cree que esta estructura alargada se forma por una interacción gravitacional fuerte entre los núcleos de las nubes moleculares moviéndose con gran rapidez”, indicó Shu-ichiro Inutsuka, profesor de la Universidad de Nagoya y uno de los autores del estudio. En física, la turbulencia se refiere a un estado en el que el flujo de gas se mueve de manera caótica. Cuando se produce una turbulencia con remolinos, las nubes de gas se fragmentan y forman nubes más pequeñas, que no dejan de moverse y se atraen mutuamente por efecto de su fuerza de gravedad, propagándose en forma de onda y generando una estructura de gas extendida semejante a un arco.

Tomoaki Matsumoto, profesor de la Universidad de Hosei y miembro del equipo, realizó simulaciones numéricas de nubes de gas sometidas a fuertes turbulencias, y descubrió que las pequeñas nubes de gas pueden formar estrellas en su interior mientras giran unas alrededor de otras y se convierten en un sistema estelar múltiple con órbitas diversas. Estos resultados pueden interpretarse como la etapa inicial de un proceso de formación estelar múltiple. Según los investigadores japoneses, la estructura de gas extendida de MC27 se explica por este tipo de movimientos internos.

Fuentes consultadas: ALMA | Arxiv