miércoles, 9 de octubre de 2013

ALMA descubre gran núcleo caliente alrededor de pequeña estrella recién nacida


ALMA descubrió la existencia de una nube molecular caliente de grandes proporciones alrededor de una estrella muy joven. Se trata de una nube diez veces más grande que las que suelen rodear las jóvenes estrellas con masa solar, lo que indica que el proceso de formación estelar es más diverso de lo que se creía. Estos resultados se publicaron en el Astrophysical Journal el 20 de septiembre de 2013.


Las estrellas se forman en nubes de gas y polvo muy frías (-260 grados Celsius). Las nubes oscuras infrarrojas (IRDC, en su sigla en inglés) son densas áreas formadas por nubes de este tipo, donde los astrónomos creen que se forman cúmulos de estrellas. Como la mayoría de las estrellas se desprende de cúmulos, el estudio de las IRDC es crucial para comprender a cabalidad los procesos de formación estelar.

Las estrellas recién nacidas se mantienen dentro de las nubes de gas y polvo donde se originan y, al desarrollarse, calientan estas nubes a partir del centro. En algunas de estas nubes, aunque no en todas, las temperaturas pueden subir a -160 grados Celsius, lo que parece poco aquí en la Tierra, pero es bastante para una nube cósmica, que los astrónomos llaman de núcleo caliente en este caso. Al interior de los núcleos calientes se van sublimando distintas moléculas, originalmente atrapadas en la capa de hielo que recubre las partículas de polvo. En los núcleos calientes abundan moléculas orgánicas como el metanol (CH3OH), el cianuro de etilo (CH3CH2CN) y el formiato de metilo (HCOOCH3).


Un equipo internacional de investigación encabezado por Takeshi Sakai, de la Universidad de Electrocomunicaciones de Japón, usó ALMA para observar una IRDC llamada G34.43+00.24 MM3 (o simplemente MM3) situada en la constelación del Águila. Los científicos descubrieron un joven objeto caracterizado por una fuerte emisión de línea molecular de metanol. Mediante un estudio detallado se calculó en -140 grados Celsius la temperatura del metanol, lo cual demuestra que MM3 alberga una joven estrella rodeada por un núcleo caliente. El tamaño del núcleo caliente mide unas 800 unidades astronómicas (UA; 1 UA equivale a la distancia que separa el Sol de la Tierra: 150 millones de kilómetros). Considerando que por lo general los núcleos calientes que recubren las jóvenes estrellas de poca masa tienen entre algunas decenas y cientos de UA, el núcleo observado en MM3 es excepcionalmente grande. "Gracias a la gran sensibilidad y resolución espacial de ALMA, se necesitan apenas algunas horas para descubrir una nueva estrella recién nacida. Este es un importante paso para comprender el proceso de formación estelar en un área donde se forman cúmulos", señala Sakai.

El equipo también observó las emisiones de radio del sulfuro de carbono (CS) y del monóxido de silicio (SiO) para determinar la estructura exacta del chorro molecular emanado de la joven estrella. Se calculó que el chorro tiene una velocidad de 28 kilómetros por segundo y una extensión de 4.400 UA. De acuerdo con estos valores, el equipo calculó que el chorro tiene apenas 740 años. Si bien estas emanaciones son comunes alrededor de las protoestrellas, es raro ver emanaciones moleculares tan jóvenes como la de la nube MM3. En suma, según ALMA la protoestrella observada en MM3 es muy joven pero tiene un núcleo caliente de proporciones gigantescas.

¿Por qué es tan grande el núcleo caliente de MM3? Para calentar el gran volumen de gas que la rodea, la estrella recién nacida tendría que emitir mucha más energía de lo normal. Las protoestrellas generan estas emisiones convirtiendo la energía gravitacional del material atraído en energía térmica. El gran tamaño del núcleo caliente de MM3 puede deberse a que atrae mucha más masa de la que se creía. La otra posibilidad es que haya dos o más protoestrellas en el núcleo caliente. Las observaciones realizadas todavía no permiten al equipo de investigación explicar el fenómeno con certeza. "La resolución espacial de ALMA mejorará mucho en el futuro cercano -Sakai says-, y eso permitirá revelar muchos detalles del material atraído hacia la protoestrella y nos ayudará a develar el misterio de la diversidad de los procesos de formación estelar".

Información adicional

El Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), una instalación astronómica internacional, es una asociación entre Europa, Norteamérica y Asia del Este en cooperación con la República de Chile. ALMA es financiado en Europa por la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO), en Norteamérica por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF), en cooperación con el Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) y el Consejo Nacional de Ciencia de Taiwán (NSC), y en Asia del Este por los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) de Japón en cooperación con la Academia Sinica (AS) en Taiwán. La construcción y las operaciones de ALMA a nombre de Europa se encuentran a cargo de ESO, a nombre de Norteamérica son responsabilidad del Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO), operado por Associated Universities, Inc. (AUI), y a nombre de Asia del Este corresponden al Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). El Observatorio ALMA (Joint ALMA Observatory, JAO) tiene como labor la unificación del proyecto, y es el responsable de la dirección general y la gestión de la construcción, así como de la puesta en marcha y las operaciones del observatorio.

Los hallazgos de esta investigación se presentaron en el artículo titulado “ALMA Observations of the IRDC Clump G34.43+00.24 MM3: Hot Core and Molecular Outflows” (‘Observaciones con ALMA del cúmulo IRDC G34.43+00.24 MM3: núcleo caliente y chorros moleculares’), publicado en el Astrophysical Journal, Vol. 775, el 20 de septiembre de 2013.

Los miembros del equipo de investigación son: T. Sakai (Universidad de Electrocomunicaciones de Japón), N. Sakai (Universidad de Tokio), J. B. Foster (Universidad de Yale), P. Sanhueza, J. M. Jackson (Universidad de Boston), M. Kassis (Keck Observatory), K. Furuya, Y. Aikawa (Universidad de Kobe), T. Hirota (Observatorio Astronómico Nacional de Japón) y S. Yamamoto (Universidad de Tokio).

La investigación fue apoyada por fondos KAKENHI (21224002, 23740146, 25400225 y 25108005).
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